JP2016528483A - System and method for detecting an object - Google Patents
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Abstract
既存のシステムの問題を解消する触覚検知及び統合視覚システムが開示される。触覚検知スキンは、広いエリアを含め、任意の形状、サイズ、又はフォームファクタに形成することができる。コンピュータ実施アルゴリズムは、所与の物体セットのランドマーク点での位置−向き及び力−トルクを検出することができる。結果は、価格、数量、サイズ、及び用途の点で高い拡張性を有するモジュール式検知システムである。そのようなスキン技術及び関連付けられたソフトウェアは、触覚データ及び視覚データを機械の状態推定、状況認識、及び自動制御用の付随するソフトウェアに統合する検知パッケージを含むことができる。触覚データの追加は、視覚姿勢推定方法を制限及び/又は拡張するように機能するとともに、視覚的に遮蔽された物体への姿勢推定を提供することができる。A haptic detection and integrated vision system that solves the problems of existing systems is disclosed. The tactile sensing skin can be formed in any shape, size, or form factor, including large areas. A computer implemented algorithm can detect position-orientation and force-torque at landmark points of a given set of objects. The result is a modular sensing system that is highly scalable in terms of price, quantity, size, and application. Such skin technology and associated software can include a sensing package that integrates haptic and visual data into accompanying software for machine state estimation, situational recognition, and automatic control. The addition of haptic data can serve to limit and / or extend the visual pose estimation method, and can provide pose estimation for visually occluded objects.
Description
相互参照
本願は、2013年6月11日に出願された米国仮特許出願第61/833,457号及び2014年3月10日に出願された米国仮特許出願第61/950,761号の利益を主張するものであり、これらのそれぞれを全体的に参照により本明細書に援用する。
Cross-reference This application is a benefit of US Provisional Patent Application No. 61 / 833,457 filed on June 11, 2013 and US Provisional Patent Application No. 61 / 950,761 filed March 10, 2014. Each of which is incorporated herein by reference in its entirety.
背景
ロボット工学の分野は、ロボットの設計、構造、動作、及び適用並びにロボットの制御、感覚フィードバック、及び情報処理のためのコンピュータシステムを扱う。これらの技術は、危険な環境又は製造プロセスにおいて人間に取って代わることができるか、又は外観、挙動、及び/又は認知において人間に類似することができる自動機械を扱う。
BACKGROUND The field of robotics deals with computer systems for robot design, structure, operation, and application as well as robot control, sensory feedback, and information processing. These techniques deal with automated machines that can replace humans in hazardous environments or manufacturing processes, or that can resemble humans in appearance, behavior, and / or cognition.
人間の機能を支援又は拡張する機械を生み出す幾らかの努力がなされてきた。ロボット工学の分野は、外部物体を検知し操作する多くの技術及び方法を開発してきた。これは、危険な作業、困難な作業、精密な作業、又は反復作業を行う人間を増強又は置換することを含め、多くの分野で有用であることが証明されてきた。現在、ロボット工学、コンピュータビジョン、高エネルギー密度電池システム、小型ロボット高性能計算、高度無線通信リンク、圧力、磁気、向き、及び加速度のマイクロセンサ、並びに入力用のディスプレイ及び複数のセンサを有する広く利用可能な通信デバイスからの技術がある。 Some effort has been made to create machines that support or extend human functions. The field of robotics has developed many techniques and methods for detecting and manipulating external objects. This has proved useful in many areas, including augmenting or replacing humans who perform dangerous, difficult, precise, or repetitive tasks. Currently widely used with robotics, computer vision, high energy density battery system, small robot high performance calculation, advanced wireless communication link, pressure, magnetism, orientation and acceleration microsensors, and input display and multiple sensors There are technologies from possible communication devices.
触覚、接触、及び圧力検知は、機械で正確且つ効率的に模倣することが難しい人間の感覚的特徴である。触覚は、ロボットマニピュレータ及びアクチュエータへのフィードバックループに組み込み、他のセンサと統合して、状況認識と、物理的物体をモニタし、識別し、掴み、操作する能力とを提供することができる。例えば、視覚センサ、加速度センサ、及び触覚センサからのデータをリアルタイムで融合して、繊細な部品を掴み移動させるに当たりロボットアームをガイドすることができる。しかし、現在利用可能な触覚手法は、少なくとも上述した用途を可能にするのに必要とされるレベルの検知性能を提供しない。 Haptic, touch, and pressure sensing are human sensory features that are difficult to imitate accurately and efficiently with machines. Tactile sensations can be incorporated into feedback loops to robotic manipulators and actuators and integrated with other sensors to provide situational awareness and the ability to monitor, identify, grasp and manipulate physical objects. For example, data from a visual sensor, an acceleration sensor, and a tactile sensor can be fused in real time to guide the robot arm in grasping and moving delicate parts. However, currently available haptic techniques do not provide the level of sensing performance required to enable at least the applications described above.
これらの検知及びデータ融合の問題に対する幾つかの手法が試みられている。現在の手法の潜在的な有用性は、感度、ダイナミックレンジ、及びロバスト性についての基本的な特性及び意味合いの視点から検討することができる。現在、異なる環境にわたるセンサパッケージのロバスト性を主張する商用ベンダーはいない。幾つかの場合、動作温度範囲は通常、これらの製品の唯一のロバスト性特徴である。 Several approaches to these detection and data fusion problems have been attempted. The potential usefulness of current approaches can be examined in terms of basic characteristics and implications for sensitivity, dynamic range, and robustness. Currently, no commercial vendor claims the robustness of sensor packages across different environments. In some cases, the operating temperature range is usually the only robust feature of these products.
概要
ここで、現在のロボット工学及び検知システムに関連付けられた様々な欠点及び制限が認識される。例えば、現在の検知システムは、民生用途及び産業用途等の様々な設定で物体を検知し操作するのに十分な検知分解能を提供しないことがある。別の例として、現在の検知システムは、産業用途等の様々な設定で使用するようにシステムに容易に統合可能ではないことがある。明らかに、物体を識別し操作し、人間及び非組織化環境とよりよく相互作用するロボットの能力を改善するために、触覚検知の進歩が非常に求められる。
Overview Various deficiencies and limitations associated with current robotics and sensing systems are now recognized. For example, current detection systems may not provide sufficient detection resolution to detect and manipulate objects at various settings, such as consumer and industrial applications. As another example, current sensing systems may not be easily integrated into the system for use in various settings such as industrial applications. Clearly, advances in tactile sensing are highly sought to improve the robot's ability to identify and manipulate objects and interact better with humans and unorganized environments.
本開示は、検知材料、デバイス、システム、及び方法を提供する。幾つかの実施形態は共形弾性材料を提供する。本開示のデバイス及びシステムは、物理的物体の自動機械検知及び操作に使用することができる。 The present disclosure provides sensing materials, devices, systems, and methods. Some embodiments provide a conformal elastic material. The devices and systems of the present disclosure can be used for automatic machine detection and manipulation of physical objects.
本明細書には、既存のシステムの問題を克服することができる安価な触覚検知及び統合視覚システムが開示される。このタッチセンサ及び視覚システムは、既存のビジョンベースのシステムと比較して、より低い購入コストをもたらすことができ、新しい生産工程に対してより短いセットアップ時間で容易に較正される。 Disclosed herein is an inexpensive tactile sensing and integrated vision system that can overcome the problems of existing systems. This touch sensor and vision system can result in lower purchasing costs compared to existing vision-based systems and is easily calibrated with a shorter set-up time for new production processes.
態様では、本開示は、炭素含有材料等の化学的不活性材料をドープすることができる高分子材料(例えば、ゴム)で形成された導電性スキンを提供する。幾つかの例では、炭素含有材料は炭素(例えば、炭素粉体)及び/又は炭素ナノ構造体である。高分子材料はエラストマーを含むことができる。不活性材料は、エラストマー硬化プロセスに干渉することができない。硬化すると、高分子材料は、可撓性を有することができるスキンを生成することができる。スキンは任意のフォームファクタで製造することができる。スキンは、筐体に巻くことができ、幾つかの場合、非導電材料(例えば、プラスチックジッパー)で留め付けることができる。スキンは、例えば、少なくとも3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個、10個、11個、12個、13個、14個、15個、16個、17個、18個、19個、20個、30個、40個、50個、又は100個の電極のアレイ等の検知用の電極のアレイを含むことができる。電極は、境界ベースのトモグラフィユニットとして機能することができる。 In an aspect, the present disclosure provides a conductive skin formed of a polymeric material (eg, rubber) that can be doped with a chemically inert material such as a carbon-containing material. In some examples, the carbon-containing material is carbon (eg, carbon powder) and / or carbon nanostructures. The polymeric material can include an elastomer. Inert materials cannot interfere with the elastomer curing process. When cured, the polymeric material can produce a skin that can be flexible. The skin can be manufactured in any form factor. The skin can be wrapped around the housing and in some cases can be fastened with a non-conductive material (eg, a plastic zipper). Skins, for example, at least 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 , 18, 19, 20, 30, 40, 50, or 100 electrode arrays, such as an array of electrodes. The electrode can function as a boundary-based tomography unit.
触覚検知スキンは、広いエリアを含め、任意の形状、サイズ、又はフォームファクタに形成することができる。アルゴリズムは、所与の物体セットのランドマーク点での位置−向き及び力−トルクを検出する。結果は、価格、数量、サイズ、及び用途の点で高い拡張性を有するモジュール式検知システムである。本開示のスキン技術及び関連付けられたソフトウェアは、触覚データ及び視覚データを機械の状態推定、状況認識、及び自動制御用の付随するソフトウェアに統合する検知パッケージを含むことができる。 The tactile sensing skin can be formed in any shape, size, or form factor, including large areas. The algorithm detects position-orientation and force-torque at the landmark points of a given set of objects. The result is a modular sensing system that is highly scalable in terms of price, quantity, size, and application. The skin technology and associated software of the present disclosure can include a sensing package that integrates haptic and visual data into accompanying software for machine state estimation, situational recognition, and automatic control.
幾つかの実施形態では、検知システムは、押下された物体の3軸力、トルク、位置、及び向きを検知することができる高度マルチモーダル「フィンガーパッド」センサスイートと、広いエリアにわたり任意のフォームファクタへの整形が容易である、正規圧力分布を認識可能なロバストで安価なロボット「スキン」とを含む。 In some embodiments, the sensing system includes an advanced multimodal “fingerpad” sensor suite that can sense the triaxial force, torque, position, and orientation of a pressed object, and any form factor over a large area. And a robust and inexpensive robot “skin” that can recognize normal pressure distribution that is easy to shape.
幾つかの実施形態では、検知システムは、姿勢及び力を推定する触覚構成要素を含む。本システムは、接触事象と、圧縮応力及び引張応力への抵抗の静的変化とを検出する導電材料を含むことができる。導電材料は、周囲に電極を有する弾性スキンであることができ、加工物にワイヤ又は電子装置がない状態で調整可能な機械的特性を有する容易に交換可能な部分をもたらす。弾性スキンは、ポリシロキサン(シリコーンゴム)、ポリウレタン、又は他の弾性化合物等の高分子材料で形成することができる。スキンは、発泡体及びカーボンブラックを更に含むことができる。 In some embodiments, the sensing system includes a haptic component that estimates posture and force. The system can include a conductive material that detects contact events and static changes in resistance to compressive and tensile stresses. The conductive material can be an elastic skin with electrodes around it, resulting in an easily replaceable part with adjustable mechanical properties in the absence of wires or electronic devices in the workpiece. The elastic skin can be formed of a polymeric material such as polysiloxane (silicone rubber), polyurethane, or other elastic compound. The skin can further include foam and carbon black.
幾つかの例では、検知デバイスは、埋め込み集積ゴム電極を含むことができる。検知デバイスは、ドープ剤及び発砲剤を含み、機械的特性、熱的特性、及び電気特性を同時に変更可能な材料を生成するスキンを含むことができる。 In some examples, the sensing device can include an embedded integrated rubber electrode. The sensing device may include a skin that includes a dopant and a foaming agent and produces a material that can simultaneously change mechanical, thermal, and electrical properties.
本検知システムは、視覚情報を収集することができる光学デバイスを更に含むことができる。光学デバイスは移動検知システムであることができ、移動検知システムは、二次元又は三次元での物体の空間的向き又は配置を検出することができる。 The sensing system can further include an optical device that can collect visual information. The optical device can be a movement detection system, which can detect the spatial orientation or placement of an object in two or three dimensions.
本検知システムは、視覚データに基づいて姿勢の初期推定を生成するようにプログラムされるか、又は他の様式で構成されるコンピュータプロセッサを更に含むことができ、触覚データが導入される場合、初期推定を更に改善することができる。各測定(視覚及び触覚の両方)は、1組の位置ベクトル及び表面法線ベクトル(6D)、又はデータ点を含むことができる。測定は点群であることができ、各点は対応する表面法線ベクトル方向を有する。データ点毎に、コンピュータプロセッサは、既知のモデル上での最近傍点を計算し、続けて、データ点の姿勢差を計算することができる。 The sensing system can further include a computer processor programmed to generate an initial estimate of posture based on visual data, or otherwise configured, and when tactile data is introduced, The estimation can be further improved. Each measurement (both visual and tactile) can include a set of position and surface normal vectors (6D), or data points. The measurement can be a point cloud, each point having a corresponding surface normal vector direction. For each data point, the computer processor can calculate the nearest point on the known model and subsequently calculate the attitude difference of the data points.
本開示の態様は、物体を操作し及び/又は物体の存在を検知するシステムを提供し、本システムは、複数の非金属検知電極を含む少なくとも1つの高分子基材であって、非金属検知電極は可撓性であり、非金属検知電極は、物体又はその近傍に配置される場合、電気インピーダンスの変化を検知するように構成される、少なくとも1つの高分子基材を含む。本システムは、複数の検知電極に電気的に結合され、(i)非金属検知電極の少なくともサブセットのインピーダンスの変化を示す信号を測定し、(ii)電気インピーダンストモグラフィアルゴリズムを実行して、信号から、高分子基材に印加される1つ又は複数の力を特定し、(iii)1つ又は複数の力に基づいて、物体の1つ又は複数の特徴を特定するようにプログラムされるコンピュータプロセッサを更に含む。実施形態では、1つ又は複数の特徴は、物体の存在、物体の形状、及び高分子基材への物体の近接度からなる群から選択される。別の実施形態では、本システムは、高分子基材に隣接して配置される操作部材を更に含み、操作部材は物体を操作するように構成される。別の実施形態では、高分子基材は、操作部材に巻かれる。別の実施形態では、操作部材はロボットグリッパーである。別の実施形態では、操作部材は、磁場を印加して、物体を把持又は掴むように構成される。別の実施形態では、操作部材は、物体に電流を通して、物体の1つ又は複数の特性を特定するように構成される。 Aspects of the present disclosure provide a system for manipulating an object and / or detecting the presence of an object, the system being at least one polymeric substrate that includes a plurality of non-metallic sensing electrodes, the non-metallic sensing The electrode is flexible and the non-metallic sensing electrode includes at least one polymeric substrate configured to sense a change in electrical impedance when placed in or near the object. The system is electrically coupled to a plurality of sensing electrodes, (i) measures a signal indicative of a change in impedance of at least a subset of the non-metallic sensing electrodes, and (ii) executes an electrical impedance tomography algorithm, And (iii) a computer programmed to identify one or more features of the object based on the one or more forces A processor is further included. In an embodiment, the one or more features are selected from the group consisting of the presence of an object, the shape of the object, and the proximity of the object to the polymeric substrate. In another embodiment, the system further includes an operating member disposed adjacent to the polymeric substrate, wherein the operating member is configured to operate the object. In another embodiment, the polymeric substrate is wound on an operating member. In another embodiment, the operating member is a robot gripper. In another embodiment, the manipulation member is configured to apply or apply a magnetic field to grasp or grasp an object. In another embodiment, the manipulating member is configured to identify one or more characteristics of the object by passing an electric current through the object.
実施形態では、高分子基材は、高分子材料及び織物を含む。別の実施形態では、高分子基材は、第1の構成要素ボリューム及び第2の構成要素ボリュームを含み、第1の構成要素ボリュームは複数の非金属検知電極を含み、第2の構成要素ボリュームは、複数の非金属検知電極の中の非金属検知電極にそれぞれ電気的に接触する複数の導電経路を含む。別の実施形態では、第2の構成要素ボリュームを通る導電経路は金属ワイヤである。別の実施形態では、第2の構成要素ボリュームを通る導電経路は複数のトンネルであり、各トンネルは高分子材料で充填される。 In embodiments, the polymeric substrate includes a polymeric material and a fabric. In another embodiment, the polymeric substrate includes a first component volume and a second component volume, the first component volume includes a plurality of non-metallic sensing electrodes, and the second component volume. Includes a plurality of conductive paths each in electrical contact with the non-metallic sensing electrode of the plurality of non-metallic sensing electrodes. In another embodiment, the conductive path through the second component volume is a metal wire. In another embodiment, the conductive path through the second component volume is a plurality of tunnels, each tunnel being filled with a polymeric material.
実施形態では、複数の非金属検知電極のそれぞれは、一対の導電経路を含む。別の実施形態では、コンピュータプロセッサは、一対の導電経路に励起電圧を印加するようにプログラムされる。別の実施形態では、コンピュータプロセッサは、励起電圧の印加に続く導電経路の電圧を測定するようにプログラムされる。 In the embodiment, each of the plurality of non-metallic detection electrodes includes a pair of conductive paths. In another embodiment, the computer processor is programmed to apply an excitation voltage to the pair of conductive paths. In another embodiment, the computer processor is programmed to measure the voltage of the conductive path following application of the excitation voltage.
実施形態では、高分子基材は、半球形、円筒形、又は箱様形状を有する。別の実施形態では、非金属検知電極は、高分子材料で形成される。別の実施形態では、高分子材料は、高分子基材よりも高い導電性を有する。別の実施形態では、非金属検知電極は炭素含有材料を含む。別の実施形態では、炭素含有材料は、炭素粉体又は炭素ナノ構造体からなる群から選択される。別の実施形態では、非金属検知電極は発泡剤を含む。 In embodiments, the polymeric substrate has a hemispherical shape, a cylindrical shape, or a box-like shape. In another embodiment, the non-metallic sensing electrode is formed of a polymeric material. In another embodiment, the polymeric material has a higher conductivity than the polymeric substrate. In another embodiment, the non-metallic sensing electrode includes a carbon-containing material. In another embodiment, the carbon-containing material is selected from the group consisting of carbon powder or carbon nanostructures. In another embodiment, the non-metallic sensing electrode includes a foaming agent.
本開示の別の態様は、任意の上記システム又は本明細書の他の箇所のシステムを含む製紙システムを提供する。 Another aspect of the present disclosure provides a papermaking system that includes any of the above systems or systems elsewhere herein.
本開示の別の態様は、物体を操作し及び/又は物体の存在を検知する方法を提供し、本方法は、少なくとも1つの高分子基材を含む検知システムを提供するステップであって、高分子基材は、可撓性の複数の非金属検知電極を含み、非金属検知電極は、物体又はその近傍に配置される場合、電気インピーダンスの変化を検知するように構成される、提供するステップを含む。次に、非金属検知電極の少なくともサブセットのインピーダンスの変化を示す信号が測定される。信号は、物体が検知システム又はその近傍に配置される場合に測定される。検知システムに電気的に結合されるコンピュータプロセッサを使用して、電気インピーダンストモグラフィアルゴリズムが実行され、測定された信号から、高分子基材に印加される1つ又は複数の力を特定する。特定された1つ又は複数の力に基づいて、物体の1つ又は複数の特徴が特定される。 Another aspect of the present disclosure provides a method of manipulating an object and / or detecting the presence of an object, the method comprising providing a detection system comprising at least one polymeric substrate, comprising: The molecular substrate includes a plurality of flexible non-metallic sensing electrodes, wherein the non-metallic sensing electrodes are configured to sense a change in electrical impedance when disposed at or near the object. including. Next, a signal indicative of a change in impedance of at least a subset of the non-metallic sensing electrodes is measured. The signal is measured when the object is placed at or near the detection system. Using a computer processor electrically coupled to the sensing system, an electrical impedance tomography algorithm is executed to identify one or more forces applied to the polymeric substrate from the measured signal. One or more characteristics of the object are identified based on the identified force or forces.
実施形態では、1つ又は複数の特徴は、物体の存在、物体の形状、及び高分子基材への物体の近接度からなる群から選択される。別の実施形態では、本方法は、励起電圧を非金属検知電極のサブセットに印加するステップを更に含む。別の実施形態では、本方法は、励起電圧の印加に続き、サブセットの電圧を測定するステップを更に含む。別の実施形態では、本方法は、操作部材を使用して物体を操作するステップを更に含み、操作部材は、検知システムの部分であるか、又は検知システムに電気的に結合される。物体、物体の1つ又は複数の特徴が特定されると、物体を操作することができる。 In an embodiment, the one or more features are selected from the group consisting of the presence of an object, the shape of the object, and the proximity of the object to the polymeric substrate. In another embodiment, the method further comprises applying an excitation voltage to the subset of non-metallic sensing electrodes. In another embodiment, the method further includes measuring a subset of voltages following application of the excitation voltage. In another embodiment, the method further includes manipulating the object using the manipulation member, wherein the manipulation member is part of or is electrically coupled to the detection system. Once the object, one or more features of the object are identified, the object can be manipulated.
本開示の別の態様は、物体を検知及び/又は操作する方法を提供し、本方法は、操作部材と、移動入力検知デバイスとを含む操作システムを提供するステップであって、操作部材は、物体が検知電極又はその近傍に配置される場合、インピーダンスの変化を測定する検知電極を有する少なくとも1つのセンサを含み、移動入力検知デバイスは、物体の空間構成を特定する、提供するステップを含む。次に、物体は操作システム又はその近傍に移動する。移動入力検知デバイスを使用して、第1のデータセットが物体から収集され、第1のデータセットは物体の空間構成を示す。次に、センサの検知電極を使用して、第2のデータセットが、第1のデータセットから特定される境界状況下で収集され、第2のデータセットはインピーダンス変化を示す。次に、インピーダンス変化に基づいて、物体がセンサ又はその近傍にあると判断される場合、操作部材を使用して、物体は操作される。 Another aspect of the present disclosure provides a method for detecting and / or manipulating an object, the method providing an operating system including an operating member and a movement input sensing device, the operating member comprising: When the object is located at or near the sensing electrode, the mobile input sensing device includes providing at least one sensor having a sensing electrode that measures a change in impedance, and identifying the spatial configuration of the object. Next, the object moves to or near the operating system. Using the mobile input sensing device, a first data set is collected from the object, the first data set indicating a spatial configuration of the object. Next, using the sensing electrodes of the sensor, a second data set is collected under boundary conditions identified from the first data set, the second data set indicating an impedance change. Next, when it is determined that the object is at or near the sensor based on the impedance change, the object is operated using the operation member.
実施形態では、境界状況は、第1のデータセットからの物体の1つ又は複数の境界から特定される。別の実施形態では、第1のデータセットは、第1のデータセットよりも低い空間分解能を有する。別の実施形態では、本方法は、第1のデータセットから物体の1つ又は複数の特徴を特定するステップを更に含む。別の実施形態では、本方法は、第2のデータセットに基づいて物体の1つ又は複数の特徴を精緻化するステップを更に含む。別の実施形態では、本方法は、第1のデータセットと第2のデータセットとを結合するステップを更に含む。別の実施形態では、本方法は、既知の特徴を有する1つ又は複数の所定の物体に結合データを当て嵌めるステップを更に含む。別の実施形態では、本方法は、当て嵌めに続き、姿勢推定を特定するステップを更に含む。 In an embodiment, the boundary situation is identified from one or more boundaries of the object from the first data set. In another embodiment, the first data set has a lower spatial resolution than the first data set. In another embodiment, the method further comprises identifying one or more features of the object from the first data set. In another embodiment, the method further comprises refining one or more features of the object based on the second data set. In another embodiment, the method further comprises the step of combining the first data set and the second data set. In another embodiment, the method further includes fitting the combined data to one or more predetermined objects having known characteristics. In another embodiment, the method further includes identifying a posture estimate following the fit.
本開示の別の態様は、1つ又は複数のコンピュータプロセッサによって実行されると、任意の上記方法又は本明細書の他の箇所の方法を実施する機械実行可能コードを含むコンピュータ可読媒体を提供する。 Another aspect of the present disclosure provides a computer-readable medium comprising machine-executable code that, when executed by one or more computer processors, implements any of the above methods or methods elsewhere herein. .
本開示の別の態様は、1つ又は複数のコンピュータプロセッサと、コンピュータプロセッサに結合されたメモリとを含むシステムを提供する。メモリは、1つ又は複数のコンピュータプロセッサによって実行されると、任意の上記方法又は本明細書の他の箇所の方法を実施する機械実行可能コードを含む。 Another aspect of the present disclosure provides a system that includes one or more computer processors and a memory coupled to the computer processors. The memory includes machine-executable code that, when executed by one or more computer processors, implements any of the above methods or methods elsewhere herein.
本開示の追加の態様及び利点が、本開示の単なる例示的な実施形態が示され説明される以下の詳細な説明から当業者には容易に明らかになろう。理解されるように、本開示は、他の異なる実施形態が可能であり、その幾つかの細部は様々な明らかな点において変更可能であり、それらは全て本開示から逸脱しない。したがって、図面及び説明は、限定としてではなく例示として見なされるべきである。 Additional aspects and advantages of the present disclosure will be readily apparent to those skilled in the art from the following detailed description, wherein merely exemplary embodiments of the present disclosure are shown and described. As will be realized, the disclosure is capable of other and different embodiments, and its several details are capable of modification in various obvious respects, all without departing from the disclosure. Accordingly, the drawings and descriptions are to be regarded as illustrative rather than as restrictive.
参照による援用
本明細書において言及される全ての公開物、特許、及び特許出願は、まるで個々の各公開物、特許、又は特許出願が特に個々に参照により援用されることが示されるかのような程度と同程度まで参照により本明細書に援用される。
INCORPORATION BY REFERENCE All publications, patents, and patent applications mentioned herein are as if each individual publication, patent, or patent application was specifically indicated to be specifically incorporated by reference. Incorporated herein by reference to the same extent.
図面の簡単な説明
本発明の新規の特徴は、添付の特許請求の範囲に特に記載される。本発明の特徴及び利点のよりよい理解が、本発明の原理が利用される例示的な実施形態を記載する以下の詳細な説明と、添付図面(本明細書では「図(figure)及び図(FIG.)も)とを参照することによって得られる。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The novel features of the invention are set forth with particularity in the appended claims. A better understanding of the features and advantages of the present invention will be obtained by reference to the following detailed description that sets forth illustrative embodiments, in which the principles of the invention are utilized, and the accompanying drawings (referred to herein as "figure and FIG.) Is also obtained by referring to).
詳細な説明
本発明の様々な実施形態が本明細書に示され説明されているが、そのような実施形態が単なる例として提供されていることが当業者には明らかであろう。本発明から逸脱せずに、当業者は多くの変形、変更、及び置換を思い付くことができる。本明細書に説明される本発明の実施形態への様々な代替を利用し得ることを理解されたい。
DETAILED DESCRIPTION While various embodiments of the present invention have been shown and described herein, it will be apparent to those skilled in the art that such embodiments are provided by way of example only. Many variations, modifications, and substitutions may occur to those skilled in the art without departing from the invention. It should be understood that various alternatives to the embodiments of the invention described herein may be utilized.
「物体」という用語は、本明細書で使用される場合、任意の三次元の有形物体を一般に指す。物体の例としては、限定ではなく、部品、木材製品(例えば、紙)、電子装置、電子装置の構成要素、及び食品が挙げられる。 The term “object” as used herein generally refers to any three-dimensional tangible object. Examples of objects include, but are not limited to, parts, wood products (eg, paper), electronic devices, components of electronic devices, and food products.
「インピーダンス」という用語は、本明細書で使用される場合、電気インピーダンスを一般に指し、電気インピーダンスは、電圧が印加されるときに回路が電流に対して呈する抵抗の尺度である。電流は交流電流(AC)であることができる。 The term “impedance” as used herein generally refers to electrical impedance, which is a measure of the resistance a circuit exhibits to current when a voltage is applied. The current can be an alternating current (AC).
以下の詳細な説明は部分的に、英数字又は他の情報を表すコンピュータメモリ内のデータビットに対するアルゴリズム及び動作の記号表現に関して表される。これらの説明及び表現は、データ処理分野の当業者の作業の要旨を他の当業者に効率的に伝えるために使用し得る。 The following detailed description is presented in part with respect to algorithms and symbolic representations of operations on data bits within a computer memory that represent alphanumeric characters or other information. These descriptions and representations can be used to efficiently convey the gist of the work of those skilled in the data processing arts to other persons skilled in the art.
アルゴリズムは、1つ又は複数のコンピュータプロセッサによって実行されると実施することができる所望又は所定の結果をもたらす自己矛盾のない一連の動作とすることができる。これらの動作は、物理的数量の物理的操作を必要とする動作である。幾つかの場合、これらの数量は、記憶、転送、結合、比較、又は他の様式での操作が可能な電気信号又は磁気信号の形態をとる。時により、これらの信号をビット、値、シンボル、文字、表示データ、用語、数等として参照することが、主に一般の慣習を理由として好都合であることが証明されている。そのような用語には適切な物理的数量が関連付けられ得、そのような用語は、本明細書では単に、これらの数量に適用される都合のよいラベルとして使用される。 An algorithm can be a self-consistent series of operations that yields a desired or predetermined result that can be implemented when executed by one or more computer processors. These operations are those requiring physical manipulation of physical quantities. In some cases, these quantities take the form of electrical or magnetic signals that can be stored, transferred, combined, compared, or otherwise manipulated. Occasionally, it has proven convenient to refer to these signals as bits, values, symbols, characters, display data, terms, numbers, etc. mainly due to common practice. Such terms may be associated with appropriate physical quantities, and such terms are merely used herein as convenient labels applied to these quantities.
幾つかのアルゴリズムは、情報の収集及び記憶並びに所望の結果の生成にデータ構造を使用し得る。データ構造は、データ処理システムによるデータ管理を大きく促進し、高度なソフトウェアシステムを通してアクセスする以外はアクセスすることができない。データ構造は、メモリデバイスの情報内容ではなく、むしろ、メモリに記憶された情報に対して物理的な編成を付与する特定の電子構造要素を表す。単なる抽象を超えて、データ構造は、同時に複雑なデータを正確に表し、コンピュータ動作での効率増大を提供するメモリ内の特定の電気的又は磁気的構造要素である。 Some algorithms may use data structures to collect and store information and generate desired results. Data structures greatly facilitate data management by the data processing system and can only be accessed through advanced software systems. A data structure is not the information content of a memory device, but rather represents a specific electronic structural element that gives a physical organization to the information stored in memory. Beyond just abstraction, a data structure is a specific electrical or magnetic structural element in memory that accurately represents complex data at the same time and provides increased efficiency in computer operation.
本開示の動作は機械動作であることができ、機械動作は、コンピュータ制御システムを含む機械を使用して、又は機械の支援を受けて実施することができる。本開示の動作の実行に有用な機械としては、汎用デジタルコンピュータ又は他の同様のデバイスが挙げられるが、これらに限定されない。全ての場合において、コンピュータを動作させることにおける方法動作と計算方法自体との区別が認識されるべきである。本開示は、電気信号又は他の(例えば、機械的、化学的)物理的信号を処理して、他の物理的信号を生成するコンピュータの動作に関連するデバイス、システム、及び方法を提供する。本開示は、これらの動作を実行する装置に関連するデバイス、システム、及び方法も提供する。この装置は、所要若しくは他の様式で所定の目的に向けて特に構築されてもよく、又はコンピュータに記憶されたコンピュータプログラムによって選択的にアクティブ化若しくは再構成される汎用コンピュータを含んでもよい。本装置は、「クラスタ」を含むこともでき、クラスタでは、相互接続データネットワークを有する複数のコンピュータが、所要の目的のために協働するように構成される。本明細書に提示されるアルゴリズムは本質的に、任意の特定のコンピュータ又は他の装置に関連しない。特に、様々な汎用機械が、本明細書での教示に従って書かれたプログラムと併用可能であり、又は要求される方法動作を実行するより専用化された装置を構築することがより好都合であることが証明されることもある。様々なこれらの機械に必要とされる構造は、以下の説明から明らかになろう。 The operations of the present disclosure can be machine operations, which can be performed using a machine including a computer control system or with the assistance of a machine. Useful machines for performing the operations of this disclosure include, but are not limited to, general purpose digital computers or other similar devices. In all cases, a distinction should be recognized between the method operation in operating a computer and the calculation method itself. The present disclosure provides devices, systems, and methods related to the operation of a computer that processes electrical signals or other (eg, mechanical, chemical) physical signals to generate other physical signals. The present disclosure also provides devices, systems, and methods associated with apparatuses that perform these operations. The apparatus may be specially constructed for a given purpose in a required or other manner, or may include a general purpose computer selectively activated or reconfigured by a computer program stored in the computer. The apparatus can also include a “cluster,” where a plurality of computers having interconnected data networks are configured to work together for the required purpose. The algorithms presented herein are not inherently related to any particular computer or other apparatus. In particular, it is more convenient for various general purpose machines to be used in conjunction with programs written in accordance with the teachings herein, or to build a more specialized device that performs the required method operations. May be proved. The required structure for a variety of these machines will appear from the description below.
以下の説明では、頻繁に使用される幾つかの用語は、本文脈において特別な意味を有する。「ウィンドウ環境」、「ウィンドウで実行」、及び「オブジェクト指向オペレーティングシステム」という用語は、情報が、ラスタ走査ビデオディスプレイ上の区切られた領域内等のビデオディスプレイ上で操作され表示されるコンピュータユーザインターフェースを示すために使用される。「ネットワーク」、「ローカルエリアネットワーク」、「LAN」、「広域ネットワーク」、又は「WAN」という用語は、メッセージをコンピュータ間で伝送し得るように接続された2台以上のコンピュータを意味する。そのようなコンピュータネットワークでは、通常1台又は複数のコンピュータが、ハードディスクドライブ等の大容量の記憶デバイスと、プリンタ又はモデム等の周辺機器を動作させる通信ハードウェアとを有するコンピュータである「サーバ」として動作する。「ワークステーション」又は「クライアント」と呼ばれる他のコンピュータは、コンピュータネットワークのユーザが共有データファイル、共通周辺機器、及びワークステーション間通信等のネットワークリソースにアクセスし得るようなユーザインターフェースを提供する。ユーザは、コンピュータプログラム又はネットワークリソースをアクティブ化して、コンピュータプログラムの汎用動作と、入力変数及びその環境によって決定される特定の動作特徴との両方を含む「プロセス」を作成する。プロセスと同様なのはエージェント(知的エージェントと呼ばれることもある)であり、エージェントとは、ユーザ介入なしで、何らかの規則的なスケジュールで情報を収集するか、又は何らかの他のサービスを実行するプロセスである。通常、エージェントは、通常、ユーザによって提供されるパラメータを使用して、ホストマシン上のロケーション又はネットワーク上の何らかの他のポイントを検索し、エージェントの目的に関連する情報を収集し、それを定期的にユーザに提示する。 In the following description, some frequently used terms have special meaning in this context. The terms “window environment”, “run in window”, and “object oriented operating system” refer to computer user interfaces in which information is manipulated and displayed on a video display, such as in a delimited area on a raster scanned video display. Used to indicate The terms “network”, “local area network”, “LAN”, “wide area network”, or “WAN” mean two or more computers connected so that messages can be transmitted between the computers. In such a computer network, one or more computers are usually “servers” that are computers having a large-capacity storage device such as a hard disk drive and communication hardware that operates peripheral devices such as a printer or a modem. Operate. Other computers, referred to as “workstations” or “clients”, provide a user interface that allows users of a computer network to access network resources such as shared data files, common peripherals, and inter-workstation communications. A user activates a computer program or network resource to create a “process” that includes both general-purpose operation of the computer program and specific operating characteristics determined by the input variables and its environment. Similar to a process is an agent (sometimes called an intelligent agent), which is a process that collects information on some regular schedule or performs some other service without user intervention . Typically, the agent typically uses parameters provided by the user to locate a location on the host machine or some other point on the network, collect information related to the agent's purpose, and periodically To the user.
「ウィンドウ」という用語及び上記で定義された「ウィンドウ環境」又は「ウィンドウで実行」等の関連用語は、ワシントン州Redmondに所在のMicrosoft Corporationから入手可能な幾つかのウィンドウシステムによって例示されるコンピュータユーザインターフェースを指す。他のウィンドウコンピュータインターフェースは、例えば、カリフォルニア州Cupertinoに所在のApple Computers Incorporatedから及びLinuxオペレーティング環境の構成要素として入手可能である。特に、本明細書での説明でのこれらの用語の使用が、いかなる特定の計算環境又はオペレーティングシステムへの限定も暗示しないことを理解されたい。 The term “window” and related terms such as “window environment” or “run in window” as defined above are computer users exemplified by several window systems available from Microsoft Corporation located in Redmond, Washington. Refers to the interface. Other window computer interfaces are available, for example, from Apple Computers Incorporated, located in Cupertino, California, and as a component of the Linux operating environment. In particular, it should be understood that the use of these terms in the description herein does not imply limitations to any particular computing environment or operating system.
「デスクトップ」という用語は、本明細書で使用される場合、一般に、デスクトップに関連付けられたユーザに、関連付けられた設定を有するメニュー又はオブジェクトの表示を提示するユーザインターフェース(UI)を指す。UIは、グラフィカルユーザインターフェース(GUI)又はウェブベースのユーザインターフェースとすることができる。デスクトップがネットワークリソースにアクセスする場合、アプリケーションプログラムをリモートサーバで実行する必要があり得、デスクトップは、アプリケーションプログラムインターフェース(「API」)を呼び出して、ユーザがコマンドをネットワークリソースに提供し、任意の出力を観測できるようにすることができる。 The term “desktop”, as used herein, generally refers to a user interface (UI) that presents a user associated with the desktop with a display of a menu or object with associated settings. The UI can be a graphical user interface (GUI) or a web-based user interface. If the desktop accesses network resources, the application program may need to run on a remote server, and the desktop calls the application program interface (“API”) to provide the user with commands to the network resource and any output Can be observed.
「ブラウザ」という用語は、本明細書で使用される場合、一般に、ユーザにとって必ずしも明らかではないが、情報のフェッチ及びレンダリングを担うプログラムを指す。ブラウザは、通信プロトコルを利用して、情報、例えば、テキスト情報、グラフィカル情報、及びフォーマット情報を検索するように設計される。この情報は、コンピュータネットワーク、多くの場合で「ワールドワイドウェブ」又は単に「ウェブ」を使用してアクセスされる。本発明に対応するブラウザの例としては、Microsoft Corporation販売のInternet Explorerプログラム(Internet ExplorerはMicrosoft Corporationの商標である)、Opera Software ASA製のOpera Browserプログラム、又はMozilla Foundation配布のFirefoxブラウザプログラム(FirefoxはMozilla Foundationの登録商標である)が挙げられる。以下の説明では、ブラウザのグラフィカルユーザインターフェースに関してそのような動作を詳述するが、本発明は、グラフィックベースのブラウザの機能の多くを有する、テキストベースのインターフェース又は音声若しくは視覚的にアクティブ化されるインターフェースを用いて実施することも可能である。 The term “browser” as used herein generally refers to a program that is responsible for fetching and rendering information, although not necessarily obvious to the user. Browsers are designed to retrieve information, such as text information, graphical information, and format information, using communication protocols. This information is accessed using a computer network, often the “worldwide web” or simply “web”. Examples of browsers that support the present invention include the Internet Explorer program sold by Microsoft Corporation (Internet Explorer is a trademark of Microsoft Corporation), Opera Browser program made by Opera Software ASA, or Firefox browser program distributed by Mozilla Foundation (Firefox is Is a registered trademark of the Mozilla Foundation). Although the following description details such operation with respect to a browser graphical user interface, the present invention may be a text-based interface or audio or visually activated with many of the features of a graphics-based browser. It is also possible to implement using an interface.
ブラウザは、汎用マークアップ言語(「SGML」)又はハイパーテキストマークアップ言語(「HTML」)でフォーマットされた情報を表示し、これらの言語は両方とも、テキストコードの使用を通してテキストドキュメントに非視覚的コードを埋め込むスクリプト言語である。これらのフォーマットでのファイルは、インターネット等のグローバル情報ネットワークを含むコンピュータネットワークにわたり容易に伝送し得、ブラウザがテキスト、画像を表示し、オーディオ録音及びビデオ録画を再生できるようにする。ウェブは、これらのデータファイルフォーマットを通信プロトコルと共に利用して、そのような情報をサーバとワークステーションとの間で伝送する。ブラウザは、提供された情報を拡張可能マークアップ言語(「XML」)ファイルで表示するようにプログラムすることもでき、XMLファイルは、幾つかのドキュメントタイプ定義「DTD」)と共に使用することができ、したがって、SGML又はHTMLよりも汎用性が高い。XMLファイルは、データ及びスタイルシートフォーマットが別個に含まれる(フォーマットは情報を表示するメソッドとして考えることができ、したがって、XMLファイルはデータ及び関連付けられたメソッドを有する)ため、オブジェクトに類似し得る。 The browser displays information formatted in a general markup language (“SGML”) or hypertext markup language (“HTML”), both of which are non-visual in text documents through the use of text codes. A scripting language that embeds code. Files in these formats can be easily transmitted across computer networks, including global information networks such as the Internet, allowing browsers to display text, images, and play audio and video recordings. The web utilizes these data file formats along with communication protocols to transmit such information between the server and the workstation. The browser can also be programmed to display the provided information in an extensible markup language (“XML”) file, which can be used with several document type definitions (“DTD”). Therefore, it is more versatile than SGML or HTML. An XML file can be similar to an object because it contains separate data and stylesheet formats (the format can be thought of as a method for displaying information, and thus the XML file has data and associated methods).
「個人情報端末」(「PDA」)という用語は、本明細書で使用される場合、一般に、計算機能、電話機能、ファックス機能、電子メール機能、及びネットワーク機能を結合する任意のハンドヘルドモバイルデバイスを指す。 The term “personal information terminal” (“PDA”), as used herein, generally refers to any handheld mobile device that combines computing functions, telephone functions, fax functions, e-mail functions, and network functions. Point to.
「ワイヤレス広域ネットワーク」(「WWAN」)という用語は、本明細書で使用される場合、一般に、ハンドヘルドデバイスとコンピュータとの間でデータを伝送するための媒体として機能するワイヤレスネットワークを指す。 The term “wireless wide area network” (“WWAN”), as used herein, generally refers to a wireless network that functions as a medium for transmitting data between a handheld device and a computer.
「同期」という用語は、本明細書で使用される場合、一般に、有線又は無線を介してハンドヘルドデバイスとデスクトップコンピュータとの間の情報の交換を指す。同期は、ハンドヘルドデバイス及びデスクトップコンピュータの両方でのデータが同一であることを保証する。 The term “synchronization” as used herein generally refers to the exchange of information between a handheld device and a desktop computer via wired or wireless. Synchronization ensures that the data on both the handheld device and the desktop computer is the same.
ワイヤレス広域ネットワークでは、通信は主に、アナログネットワーク、デジタルセルラネットワーク、又は個人通信サービス(「PCS」)ネットワークを介する無線信号の伝送を通して行うことができる。信号は、マイクロ波を通して、電磁波の特性を変調する様々な技法を使用して伝送することもできる。通信に使用される電磁波は、自由空間を通して伝送されるか、又は導波管として「光ファイバ」を使用する可視周波数若しくは近可視周波数での「光」波を含み得る。現時点では、大半のワイヤレスデータ通信は、符号分割多元アクセス(「CDMA」)、時分割多元アクセス(「TDMA」)、モバイル通信用グローバルシステム(「GSM」)、個人デジタルセルラ(「PDC」)等の技術を使用してセルラシステムにわたり又は先進移動電話サービス(「AMPS」)で使用されるセルラデジタルパケットデータ(「CDPD」)等のアナログシステムを介するパケットデータ技術を通して行われる。 In a wireless wide area network, communication can occur primarily through the transmission of radio signals over an analog network, a digital cellular network, or a personal communication service (“PCS”) network. The signal can also be transmitted through the microwave using various techniques that modulate the properties of the electromagnetic wave. The electromagnetic waves used for communication may include “light” waves at visible or near visible frequencies that are transmitted through free space or that use “optical fibers” as waveguides. At present, most wireless data communications include code division multiple access (“CDMA”), time division multiple access (“TDMA”), global system for mobile communications (“GSM”), personal digital cellular (“PDC”), etc. Over the cellular system using advanced technology or through packet data technology via analog systems such as cellular digital packet data ("CDPD") used in advanced mobile telephone services ("AMPS").
「リアルタイム(real-time)」(「リアルタイム(realtime)」及び「リアルタイム(real time)」も)又は「準リアルタイム」という用語は、本明細書で使用される場合、一般に、一次設計目的としてタイミングを使用するシステム設計手法を指す。特に、リアルタイムシステムは、所定の基準を満たす時間間隔内で1つ又は複数の動作を完了する。この用語は、実行される動作、例えば、「リアルタイムでの更新」を指すためにも使用し得る。時間間隔基準は、特定量の時間であってもよく、又は「バッチ」若しくは「オフライン」システムと呼ばれることもある別の非リアルタイムシステムと対比して定義してもよい。 The terms “real-time” (also “realtime” and “real time”) or “near-real-time” as used herein generally refer to timing for primary design purposes. Refers to a system design method that uses. In particular, a real-time system completes one or more operations within a time interval that meets predetermined criteria. The term may also be used to refer to the action being performed, eg, “real time update”. The time interval criteria may be a specific amount of time or may be defined relative to another non-real time system, sometimes referred to as a “batch” or “offline” system.
リアルタイムシステムの時間間隔基準は、システム間で異なる要件によって決定することができる。例えば、高性能航空機リアルタイム制御システムは、数マイクロ秒以内で応答することが求められ得、一方、リアルタイムリザーバの場合、数時間という液位調整器更新間隔が許容可能であり得る。人間ユーザとの対話では、「リアルタイム応答」を提供するシステムは一般に、ユーザが、不快な遅延なしでシステムのインタラクティブ使用又は「ライブ」使用を可能にするのに十分高速に、入力に対する応答を受け取ることを指す。 The time interval criteria for real-time systems can be determined by different requirements between systems. For example, a high performance aircraft real-time control system may be required to respond within a few microseconds, while for a real-time reservoir, a level adjuster update interval of several hours may be acceptable. In human user interaction, systems that provide “real-time responses” typically receive responses to input fast enough to allow the user to use the system interactively or “live” without an unpleasant delay. Refers to that.
リアルタイムトランザクション処理では、システムは、システムデータに影響する動作を素早く完了するように設計することができる。その結果変更されたデータは、可能な限り素早く、幾つかの場合ではオフライン同期プロセスを必要とせずに、他のシステム構成要素に提供することができる。そのようなシステムの厳密なタイミングは、処理時間及びネットワークにわたるデータの伝搬等の幾つかの要因に依存することができるが、重要な特徴は、トランザクション又は事象の結果として変更されたデータの高速提供である。 In real-time transaction processing, the system can be designed to quickly complete operations that affect system data. The resulting modified data can be provided to other system components as quickly as possible, in some cases without the need for an offline synchronization process. The exact timing of such a system can depend on several factors such as processing time and the propagation of data across the network, but an important feature is the fast provision of data that has changed as a result of a transaction or event It is.
本明細書での説明中の「エラストマー」という用語は、印加される力に応答して特性を変化させる材料を指す。エラストマーは、様々な調合で、垂直抗力、圧縮、トルク、又は剪断の応力又は力に応答する。幾つかのエラストマーは、「ゴム」、「ポリマー」、又は「シリコーン」とも呼ばれる。常にそうであるわけではないが通常、エラストマーは、力の印加に応答して物理的に変形する。さらに、エラストマーは、力、応力、又はトルクの印加に応答して、インピーダンス等の様々な特性を変化させるように設計することができる。エラストマーは、一次元又は多次元で応力印加された場合、特性を変化させるように構成することができる。 As used herein, the term “elastomer” refers to a material that changes properties in response to an applied force. Elastomers respond to normal drag, compression, torque, or shear stress or force in a variety of formulations. Some elastomers are also referred to as “rubbers”, “polymers”, or “silicones”. Usually, but not always, elastomers physically deform in response to application of force. Further, elastomers can be designed to change various properties, such as impedance, in response to application of force, stress, or torque. Elastomers can be configured to change properties when stressed in one or more dimensions.
エラストマーは、所与の用途に所望であり得る様々な特性、例えば、所望の可撓性、剛性(すなわち、ばね定数若しくは圧力に応答した寸法変化)、なじみ性(すなわち、湾曲若しくは複雑な輪郭に追従する能力)、厚さ、色、又は導電性若しくは熱伝導性を有するように調合し製造することができる。エラストマーの別の特性は「デュロメータ」であり、これは硬度、すなわち、永久変形への抵抗である。 Elastomers have various properties that may be desirable for a given application, such as desired flexibility, stiffness (ie, dimensional change in response to spring constant or pressure), and conformability (ie, curved or complex contours). Ability to follow), thickness, color, or conductivity or thermal conductivity. Another property of elastomers is the “durometer”, which is hardness, ie resistance to permanent deformation.
図1Aは、幾つかの実施形態による、センサ(又は検知組立体)の物理的配置の概略図である。高感度エラストマー102が物体104に接触する。エラストマー102は、物体104の存在に応答して特性(例えば、抵抗又はインピーダンス)を変化させることができ、これらの変化した特性を観測して、物体104についてのデータを提供する。例えば、エラストマー102の縁部に相対する物体104の位置が特定される。物体104によってエラストマーに印加される力は特定することができ、その力は法線、剪断、トルク、又はこれらの組合せであり得る。物体104の接触に応答して変化するエラストマー102の特性を使用して、位置、速度、加速度、及び他の導出物を含め、物体104の移動を検出することができる。単一の物体104が示されるが、エラストマー102に接触する複数の物体を同時に、別個に、又は順次検出することができる。幾つかの場合、エラストマー102の表面上の圧力、力、又はインピーダンスの分布の連続マップを特定することができる。 FIG. 1A is a schematic diagram of the physical arrangement of a sensor (or sensing assembly) according to some embodiments. High sensitivity elastomer 102 contacts object 104. Elastomer 102 can change properties (eg, resistance or impedance) in response to the presence of object 104 and observe these changed properties to provide data about object 104. For example, the position of the object 104 relative to the edge of the elastomer 102 is specified. The force applied to the elastomer by the object 104 can be specified, and the force can be normal, shear, torque, or a combination thereof. The properties of elastomer 102 that change in response to contact with object 104 can be used to detect movement of object 104, including position, velocity, acceleration, and other derivations. Although a single object 104 is shown, multiple objects contacting the elastomer 102 can be detected simultaneously, separately, or sequentially. In some cases, a continuous map of pressure, force, or impedance distribution on the surface of elastomer 102 can be identified.
図1Bは、幾つかの実施形態による、センサの物理的配置の別の概略図である。システム110は、任意の湾曲面114上に取り付けられた検知エラストマースキン112を組み込み、エラストマースキン112が可撓性であり、湾曲面に適合する形状である例を示す。単純な二次元湾曲が示されるが、様々な例では、エラストマースキン112は、複雑な三次元形状に形成して、三次元力及びトルク検知を達成することができる。例えば、スキン112は、検知指先若しくは手袋又は他の表面に形成することができる。スキン112は、物体を操作するシステムの部分である筐体等の筐体に形成又は適用することができる。 FIG. 1B is another schematic diagram of a physical arrangement of sensors according to some embodiments. The system 110 incorporates a sensing elastomeric skin 112 mounted on an optional curved surface 114, showing an example where the elastomeric skin 112 is flexible and shaped to fit the curved surface. Although a simple two-dimensional curvature is shown, in various examples, the elastomeric skin 112 can be formed into a complex three-dimensional shape to achieve three-dimensional force and torque sensing. For example, the skin 112 can be formed on a sensing fingertip or glove or other surface. The skin 112 can be formed or applied to a housing such as a housing that is part of a system for manipulating objects.
例では、スキン112は、ロボット操作システムの指先に適用される。指先への適用により、高分解能でより高感度のロボットスキンが可能になり得る。そのようなデバイスは、スキン及び電極システムを配置することによって力及びトルクを分解することができ、配置により、スキン内の電極を使用して自由度6の力及びトルクを可能にすることができる。電極は、三次元(3D)空間にわたる検知が可能なように配置することができる。次に、機械学習技法を使用して、スキンの変形をそれぞれ三次元での力及びトルクに変換することができる。 In the example, the skin 112 is applied to the fingertip of the robot operation system. Application to the fingertip may allow for higher resolution and higher sensitivity robot skins. Such a device can resolve forces and torques by placing a skin and electrode system, and the placement can allow for 6 degrees of freedom force and torque using the electrodes in the skin. . The electrodes can be arranged such that sensing over a three-dimensional (3D) space is possible. Machine learning techniques can then be used to convert skin deformations into forces and torques in three dimensions, respectively.
電極は、スキンの周縁又は様々な他の構成等、スキン内に分布することができる。電極は、筐体を通してワイヤを配線して、電気接触を提供することにより、導電スキン下の主要位置に位置することができる。電極から信号を受信することができ、信号は、電極によってなされたインピーダンス測定に対応することができる。これは、電気インピーダンストモグラフィ(EIT)に追加の境界状況定義を提供することにより、デバイスの空間分解能を増大させることができる。 The electrodes can be distributed within the skin, such as the periphery of the skin or various other configurations. The electrode can be located at a major location under the conductive skin by routing wires through the housing to provide electrical contact. A signal can be received from the electrode, and the signal can correspond to an impedance measurement made by the electrode. This can increase the spatial resolution of the device by providing additional boundary situation definitions for electrical impedance tomography (EIT).
図1Cは、幾つかの実施形態による、センサの別の物理的配置を示す。システム120では、2つの逆回転ローラ122及び128が、ローラ122と128との間のギャップを通して材料126を供給するように機能する。この配置は、様々な産業プロセス、例えば、紙及びカード用紙の製造生産で見られる。これらのシステムは多くの場合、摩耗、故障、及び許容差の維持を含め、様々な目的でモニタリングを必要とする。システム120では、ローラ122はエラストマースキン124で被覆される。エラストマースキン124は、ローラ122が材料126及びローラ128に接触する力の分布を検知するように構成することができる。その結果生じる力の分布は、機械及びプロセスのモニタに有用である。幾つかの場合、データは、リアルタイムで処理され、オペレータに表示され、又は自動モニタリングシステムに提示される。データは、収集し、後に保守及びプロセス制御又は改善に使用するために記憶することができる。幾つかの状況では、システム120の故障は、スキン124を観測することによって検出され、移動を停止させるか、又は機械をシャットダウンする信号を提供する。 FIG. 1C illustrates another physical arrangement of sensors according to some embodiments. In system 120, two counter rotating rollers 122 and 128 function to supply material 126 through the gap between rollers 122 and 128. This arrangement is found in various industrial processes such as paper and cardboard manufacturing production. These systems often require monitoring for a variety of purposes, including wear, failure, and maintenance of tolerances. In the system 120, the roller 122 is covered with an elastomeric skin 124. Elastomeric skin 124 may be configured to sense the distribution of forces that cause roller 122 to contact material 126 and roller 128. The resulting force distribution is useful for machine and process monitoring. In some cases, data is processed in real time, displayed to an operator, or presented to an automated monitoring system. Data can be collected and stored for later use in maintenance and process control or improvement. In some situations, a failure of system 120 is detected by observing skin 124 and provides a signal to stop movement or shut down the machine.
図1Dは、幾つかの実施形態による、センサの物理的配置の別の概略図を示す。システム130は、取り付け基材132と、弾性検知フィンガ134とを含み、したがって、プローブを形成する。物体を移動させて固定位置検知エラストマーに接触させるのではなく、検知フィンガ134を基材132に取り付けることによって生成されるプローブを移動させることができる。基材132は、高分子材料で形成することができる。幾つかの場合、基材は、高分子材料及び織物等の他の材料を含む。織物は、高分子材料に接合することができる材料で形成することができる。幾つかの例では、織物は綿、絹、及びポリエステルの1つ又は複数である。 FIG. 1D shows another schematic diagram of the physical arrangement of the sensors, according to some embodiments. System 130 includes a mounting substrate 132 and an elastic sensing finger 134, thus forming a probe. Rather than moving the object into contact with the fixed position sensing elastomer, the probe generated by attaching the sensing finger 134 to the substrate 132 can be moved. The base material 132 can be formed of a polymer material. In some cases, the substrate includes other materials such as polymeric materials and fabrics. The woven fabric can be formed of a material that can be bonded to a polymeric material. In some examples, the fabric is one or more of cotton, silk, and polyester.
図1A〜1Dの配置は、例示であり、非限定的である。検知エラストマーを組み込む他の可能な物理的配置があることが理解されよう。 The arrangement of FIGS. 1A-1D is illustrative and not limiting. It will be appreciated that there are other possible physical arrangements that incorporate the sensing elastomer.
本開示のセンサは、ロボットグリッパー等の操作部材(又はデバイス)に取り付けることができる。図2はロボットグリッパーシステム200を概略的に示す。グリッパー200は、回転接合部202で接合される剛性グリッパーフィンガ204及び206を備え、それにより、フィンガ204及び206は開閉して、物体208を掴むことができる。グリッパー200と同様に構成することができるロボットは、ミシガン州Rochester Hillsに所在のFANUC America及びミシガン州Wixomに所在のKawasaki Robotics(USA)から入手可能である。 The sensor of the present disclosure can be attached to an operation member (or device) such as a robot gripper. FIG. 2 schematically shows a robot gripper system 200. The gripper 200 includes rigid gripper fingers 204 and 206 that are joined at the rotary joint 202 so that the fingers 204 and 206 can open and close to grip the object 208. Robots that can be configured similarly to the gripper 200 are available from FANUC America, located in Rochester Hills, Michigan, and Kawasaki Robotics (USA), located in Wixom, Michigan.
検知エラストマーパッド210が、グリッパー200のグリッパーフィンガ204に適用することができ、印加される力の経時変化を観測し、特に、パッド210での力の準リアルタイム観測を提供するように構成することができる。エラストマーパッド210は、本明細書に記載される検知電子装置と組み合わせて、フィンガ204と物体208との接触についての情報を提供する。例えば、情報は、印加される垂直抗力、剪断力、又はスリップ力及び物体208の向きについての情報を含み得る。この情報は、把持力を制御し、物体208の移動を試みる前に適切な把持を確認することが極めて重要な繊細な物体を把持するに当たり有用である。 A sensing elastomeric pad 210 can be applied to the gripper fingers 204 of the gripper 200 to observe the applied force over time and, in particular, to provide near real-time observation of the force at the pad 210. it can. Elastomeric pad 210, in combination with the sensing electronics described herein, provides information about the contact between finger 204 and object 208. For example, the information may include information about the applied normal force, shear force, or slip force and the orientation of the object 208. This information is useful in gripping delicate objects where it is critical to control the gripping force and confirm proper gripping before attempting to move the object 208.
なお図2を参照すると、高感度エラストマー212をグリッパーフィンガ204に適用することができる。エラストマー212は、フィンガ204の外面に取り付けられ、フィンガ204と外面との接触を検出するのに使用される。例えば、これは、グリッパー200が部品の箱又はビン内に挿入される場合、有用であり、エラストマー212に印加される力の観測により、グリッパーフィンガ204と箱又はビンの壁との接触を検出することができる。したがって、物体との衝突が検出される。 Still referring to FIG. 2, a high sensitivity elastomer 212 can be applied to the gripper finger 204. Elastomer 212 is attached to the outer surface of finger 204 and is used to detect contact between finger 204 and the outer surface. For example, this is useful when the gripper 200 is inserted into a box or bin of parts, and observation of the force applied to the elastomer 212 detects contact between the gripper fingers 204 and the wall of the box or bin. be able to. Therefore, a collision with an object is detected.
フィンガ206に、共形エラストマースキン214に装着することができる。共形スキン214は、高感度エラストマー210及び212と同じ機能を提供する。幾つかの場合、スキン214は、単一のエラストマーであることができ、フィンガ206の先端全体の周囲に高感度表面を提供する。エラストマー214は、形状に合い、フィンガ206の表面を囲む手袋の指の形態に形成することができる。本明細書に記載される様々な技法は、スキン214に印加される力の場所を特定し、それにより、物体208との接触並びに壁、ビン、及び他の構造体等の他の実体との接触を別個に検出することができる。 Finger 206 can be attached to conformal elastomer skin 214. Conformal skin 214 provides the same function as sensitive elastomers 210 and 212. In some cases, skin 214 can be a single elastomer, providing a sensitive surface around the entire tip of finger 206. The elastomer 214 may be formed in the form of a glove finger that conforms to the shape and surrounds the surface of the finger 206. Various techniques described herein identify the location of the force applied to the skin 214, thereby making contact with the object 208 and with other entities such as walls, bins, and other structures. Contact can be detected separately.
グリッパーは、本明細書に提供されるセンサを含むことができる。把持システム又は機構は、1つ又は複数のグリッパーを含むことができる。グリッパーは、物体の電気抵抗等の物体の様々な特性を検知するように構成することができる。グリッパー機構は、物体に電流(AC又はDC)を通して、把持特性等の物体の様々な特性を特徴付けることができる複数のグリッパーを含むことができる。グリッパー機構は、磁力又は静電力を使用して、物体を掴むことができる。 The gripper can include a sensor provided herein. The gripping system or mechanism can include one or more grippers. The gripper can be configured to detect various characteristics of the object, such as the electrical resistance of the object. The gripper mechanism can include a plurality of grippers that can characterize various properties of the object, such as gripping properties, by passing current (AC or DC) through the object. The gripper mechanism can grip an object using magnetic force or electrostatic force.
図3は、複数のセンサを組み込み得る、本開示のデバイス及びシステムの実施に使用し得る構成要素の構成の概略図である。システム300は、一連の物体322、324、326、及び328がコンベア330上で移動して、ロボット318によって掴まれ操作される自動反復産業プロセスを表す。物体322、324、326、及び328が異なる任意の向きであることを見て取ることができ、これは、過度の力又は落下に起因する破損を生じさせずに物体を操作するに当たり必要とされるロボット318の移動シーケンス及び力を複雑にする。ロボット318は、掴まれた物体に印加された力を特定する検知エラストマースキン320を備える。スキン検知電子装置310がスキン320に接続される。この接続は、例えば、ワイヤ、光ファイバ、又はワイヤレスデータリンクを含め、任意の適するデータ通信インターフェースを通してのものであり得る。 FIG. 3 is a schematic diagram of a configuration of components that can be used to implement the devices and systems of the present disclosure that can incorporate multiple sensors. System 300 represents an automated iterative industrial process in which a series of objects 322, 324, 326, and 328 are moved on conveyor 330 and are gripped and manipulated by robot 318. It can be seen that the objects 322, 324, 326, and 328 are in any different orientation, which is the robot required to manipulate the object without causing damage due to excessive force or dropping. Complicate 318 movement sequences and forces. The robot 318 includes a sensing elastomer skin 320 that identifies the force applied to the grasped object. A skin sensing electronic device 310 is connected to the skin 320. This connection may be through any suitable data communication interface, including, for example, a wire, fiber optic, or wireless data link.
撮像システム316が、物体322、324、326、及び328の向き及び位置についての視覚的データを提供する。例示的な視覚システムは、Microsoft Corporationから入手可能なKINECTを含む。撮像システム316には、撮像検知電子装置及び処理308と接続される。撮像検知電子装置308及びスキン検知電子装置310からのデータは、セノー融合304において融合(例えば、集計)することができる。センサ融合304は、視覚的検知のみ又は触覚検知のみから利用可能なよりも完全な、状況及び向きの認識を提供する。 Imaging system 316 provides visual data about the orientation and position of objects 322, 324, 326, and 328. An exemplary vision system includes KINECT available from Microsoft Corporation. The imaging system 316 is connected to the imaging detection electronic device and process 308. Data from the imaging sensing electronic device 308 and the skin sensing electronic device 310 can be merged (eg, aggregated) in the seno fusion 304. Sensor fusion 304 provides more complete situational and orientation recognition than is available from visual sensing alone or tactile sensing alone.
システムコントローラ302は、閉ループ制御を提供することができる。センサ融合304からの検知入力は、コンベア330上の状況についての視覚情報、触覚情報、及び統合情報を提供する。コントローラ302は、コマンドをロボットコントローラ312に送信して、ロボット318を制御する。システムコントローラ302はまた、コマンドを照明コントローラ306に送信して、光源314によって提供される光を調整する。照明は、視覚システムにとって極めて重要であり、照明角度、強度、又はタイプの調整は追加の機能を提供する。例えば、幾つかの状況では、人間の可視スペクトルでの明るい拡散照明が最良である。他の状況では、レーザスキャン又は赤外線照明が有用であり、幾つかの状況では、同時又は順次適用される照明の組合せがより有用な視覚情報をもたらすことができる。したがって、システムコントローラ302は、光源314を制御して、撮像システム316によって検出される照明を調整することができる。 The system controller 302 can provide closed loop control. The sensing input from sensor fusion 304 provides visual information, tactile information, and integrated information about the situation on conveyor 330. The controller 302 transmits a command to the robot controller 312 to control the robot 318. The system controller 302 also sends commands to the lighting controller 306 to adjust the light provided by the light source 314. Illumination is critical to the vision system, and adjustments in illumination angle, intensity, or type provide additional functionality. For example, in some situations, bright diffuse illumination in the human visible spectrum is best. In other situations, laser scanning or infrared illumination is useful, and in some situations, a combination of illumination applied simultaneously or sequentially can provide more useful visual information. Accordingly, the system controller 302 can control the light source 314 to adjust the illumination detected by the imaging system 316.
図4A、図4B、及び図4Cは、電気接続を行う技法を示す。図4Aは、検知エラストマー402及び412の様々なポイントに適用される電気接続を示す。なお、エラストマー402は底面図であり、エラストマー412は側面図である。4つの接点404、406、408、及び410が示される。4つの接点は例示のために示される。他の場合、少なくとも約5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、30、40、50、60、70、80、90、又は100個の接点等のより多数の接点が含まれる。 4A, 4B, and 4C illustrate techniques for making electrical connections. FIG. 4A shows the electrical connections applied to the various points of the sensing elastomers 402 and 412. The elastomer 402 is a bottom view and the elastomer 412 is a side view. Four contacts 404, 406, 408, and 410 are shown. Four contacts are shown for illustration. In other cases, at least about 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, More contacts are included, such as 90 or 100 contacts.
図4Aを参照し、エラストマー412を参照すると、代表的な接点404は電気ワイヤ416に接続され、電気ワイヤ416は検知電子装置及び励起回路に接続する。この配置が接点414及びワイヤ416に応力を掛けることを見て取ることができ、応力は破損及び故障の原因となり得る。 Referring to FIG. 4A and with reference to elastomer 412, representative contacts 404 are connected to electrical wires 416 that connect to sensing electronics and excitation circuitry. It can be seen that this arrangement stresses the contacts 414 and wires 416, which can cause damage and failure.
図4Bは、周縁接点422、426、430、及び434を有する弾性スキン420を有するセンサを示す。接点422、426、430、及び434は、ワイヤ424、428、432、及び436にそれぞれ電気接続する。接点を弾性スキン420の周縁に移すことにより、ロバスト性及び弾性スキン420に印加される力からの破損への耐性を提供することができる。 FIG. 4B shows a sensor having an elastic skin 420 with peripheral contacts 422, 426, 430, and 434. Contacts 422, 426, 430, and 434 are electrically connected to wires 424, 428, 432, and 436, respectively. By moving the contacts to the periphery of the elastic skin 420, robustness and resistance to breakage from the force applied to the elastic skin 420 can be provided.
しかし、周縁接点422、426、430、及び434は、弾性スキン420に印加される力の所望の検知及び分解能を得るために、より高度な電子装置及び処理アルゴリズムを必要とし得る。例では、電気インピーダンストモグラフィ(EIT)を使用して、導電性適合スキンにわたる圧力分布を検出する。EITは、境界での電極の分布を通して材料の内部インピーダンスを測定する非侵襲的技法である。一般に、EITは、様々な電極の組合せからインピーダンスセットを測定し、次に、逆問題解決技法の適用を通して測定値を結合して、インピーダンス分布をもたらすことを含む。次に、この分布は、用途に応じてエラストマーの様々な特性、例えば、密度又は圧力に関連する。EIT技法を受けることができる材料としては、導電性糸織物、炭素又は金属内包ゴムが挙げられ、各材料は様々なアルゴリズムを使用してトモグラフィマップをもたらす。EITは、物体が接点422、426、430、及び434の1つ又は複数に接触している場合、及び接点に接触している物体がない場合、実行することができる。 However, the peripheral contacts 422, 426, 430, and 434 may require more sophisticated electronics and processing algorithms to obtain the desired sensing and resolution of the force applied to the elastic skin 420. In the example, electrical impedance tomography (EIT) is used to detect the pressure distribution across the conductive conform skin. EIT is a non-invasive technique that measures the internal impedance of a material through the distribution of electrodes at the boundary. In general, EIT involves measuring an impedance set from various electrode combinations and then combining the measurements through the application of an inverse problem solving technique to yield an impedance distribution. This distribution is then related to various properties of the elastomer, such as density or pressure, depending on the application. Materials that can undergo EIT techniques include conductive yarn fabrics, carbon or metal encapsulated rubber, and each material uses a variety of algorithms to provide a tomographic map. The EIT can be performed when an object is in contact with one or more of the contacts 422, 426, 430, and 434, and when no object is in contact with the contact.
幾つかの場合、Matlab(登録商標)での電気インピーダンス及び拡散光学トモグラフィ再構築ソフトウェア(EIDORS)ソフトウェアパッケージを使用して、センサの全体エリアにわたる圧力プロファイルを評価することができる。電圧データの各14×16行列が、仮想電極又はテクセルのメッシュにわたる圧力分布に変換される。EIDORSは、電気インピーダンストモグラフィ(EIT)及び拡散光学トモグラフィ(DOT)で画像を再構築するためのソフトウェアスイートである。 In some cases, the electrical impedance and diffusion optical tomography reconstruction software (EIDORS) software package at Matlab® can be used to evaluate the pressure profile across the entire area of the sensor. Each 14 × 16 matrix of voltage data is transformed into a pressure distribution across the virtual electrode or texel mesh. EIDORS is a software suite for reconstructing images with electrical impedance tomography (EIT) and diffuse optical tomography (DOT).
1組の電力にわたって評価された抵抗を使用して、物体が1つ又は複数の接点に接触しているか否か及び物体の形状を解釈することができる。例えば、小さな又は幅の狭い物体は、接触点に近い要素又はテクセルの小さな集団のみに対して大きな抵抗変化を生じさせるエラストマースキンの局所変形を生み出す。 Resistance evaluated over a set of powers can be used to interpret whether the object is in contact with one or more contacts and the shape of the object. For example, a small or narrow object creates a local deformation of the elastomeric skin that produces a large resistance change only for elements close to the point of contact or a small population of texels.
図4Cは、力が検出される検知エリア442と、周縁エリア外部エリア442とを含む弾性スキン440を有するセンサを示す。外部エリア442のスキン440のエリアは、導電経路444、446、448、及び450の形成に使用され、導電経路は電気ワイヤに類似することができる。導電経路444は、周囲材料よりもはるかに高い導電性を有するように処理された高電導エラストマー容積を用いてスキン440を製造することによって形成される。そのような高電導エラストマーは、約0.0001Ω−cm〜100Ω−cm又は0.001Ω−cm〜10Ω−cmの抵抗を有することができる。弾性スキン440は、構造的支持用の低電導エラストマーの容積と、電圧及び電流の電気接続を提供する高電導エラストマーの容積と、検知用の領域442とを含む複雑な母材として製造することができる。そのような低電導エラストマーは、約10Ω−cm〜100kΩ−cm又は100Ω−cm〜10kΩ−cmの抵抗を有することができる。 FIG. 4C shows a sensor having an elastic skin 440 that includes a sensing area 442 where force is detected and a peripheral area outer area 442. The area of skin 440 in outer area 442 is used to form conductive paths 444, 446, 448, and 450, which can be similar to electrical wires. The conductive path 444 is formed by manufacturing the skin 440 with a highly conductive elastomer volume that has been treated to have a much higher conductivity than the surrounding material. Such highly conductive elastomers can have a resistance of about 0.0001 Ω-cm to 100 Ω-cm or 0.001 Ω-cm to 10 Ω-cm. The elastic skin 440 can be manufactured as a complex matrix that includes a volume of low-conductivity elastomer for structural support, a volume of high-conductivity elastomer that provides electrical connections for voltage and current, and a sensing region 442. it can. Such low conductive elastomers can have a resistance of about 10 Ω-cm to 100 kΩ-cm or 100 Ω-cm to 10 kΩ-cm.
これは幾つかの利点を提供する。接続点は、周縁上のポイントでのワイヤとの取り付けを必要としない。全ての外部接続はコネクタ452で行うことができ、コネクタ452は、ロバストで好都合な接続を電子装置に提供するように配置することができる。 This provides several advantages. The connection points do not require attachment with wires at points on the periphery. All external connections can be made with a connector 452, which can be arranged to provide a robust and convenient connection to the electronic device.
本開示のセンサは、任意の数、配置、及び分布の接点を含むことができる。接点は電極であることができる。例えば、センサは、少なくとも約3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、30、40、50、60、70、80、90、又は100個の接点を含むことができる。そのような接点のサブセットは、測定中、基準(又は接地)電極であることができる。例えば、所与のセンサは、電力を提供する8つの電極と、基準(又は接地)電極である8つの電極とを含むことができる。 The sensors of the present disclosure can include any number, arrangement, and distribution of contacts. The contact can be an electrode. For example, the sensor is at least about 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 30, 40, 50, 60. , 70, 80, 90, or 100 contacts. A subset of such contacts can be reference (or ground) electrodes during measurement. For example, a given sensor may include eight electrodes that provide power and eight electrodes that are reference (or ground) electrodes.
センサは、円形、三角形、正方形、矩形、五角形、六角形、七角形、若しくは八角形配置、又はそれらの部分的形状若しくは組合せを有する配置等の様々な構成及び配置の接点を有することができる。接点は、最密充填(例えば、六角形最密充填)等の様々な充填配置を有することができる。幾つかの例においては、16個の接点が使用される。 The sensor can have contacts in various configurations and arrangements such as an arrangement having a circular, triangular, square, rectangular, pentagonal, hexagonal, heptagonal, or octagonal arrangement, or a partial shape or combination thereof. The contacts can have various filling arrangements, such as closest packing (eg, hexagonal closest packing). In some examples, 16 contacts are used.
本開示の接点(又は電極)は、独立してアドレス指定可能であることができる。これにより、制御システムは、各接点からの信号を別の接点から独立してアドレス指定し取得することが可能であり、信号を使用して、全ての接点からの信号の行列を生成することができる。 The contacts (or electrodes) of the present disclosure can be independently addressable. This allows the control system to address and obtain the signal from each contact independently from another contact, and use the signal to generate a matrix of signals from all contacts. it can.
図5Aは、本開示のセンサの製造に使用することができる方法例を示す。本開示のセンサは、異なる特性を有する様々なエラストマーが三次元ボリュームで組み合わせられる複雑な構造を必要とし得る。幾つかの技法を適用して、この組合せを達成することができ、ここでの説明はそのような一技法の例示である。図5Aでは、金型502が、例えば、ポリシロキサン、ポリウレタン、又は他のなじみ性のあるエラストマー等の弾性物体の鋳造に適する材料から所望又は所定の形状に形成される。弾性物体、構成要素、又はレイヤの作成は、液体形態の原料エラストマー溶液を用いて開始することができ、次に、エラストマー溶液を整形し硬化することができる。 FIG. 5A illustrates an example method that can be used to manufacture the sensor of the present disclosure. The sensor of the present disclosure may require a complex structure in which various elastomers with different properties are combined in a three-dimensional volume. Several techniques can be applied to achieve this combination, and the description herein is illustrative of one such technique. In FIG. 5A, a mold 502 is formed into a desired or predetermined shape from a material suitable for casting an elastic object such as, for example, polysiloxane, polyurethane, or other compatible elastomer. The creation of an elastic body, component, or layer can begin with a raw elastomer solution in liquid form, which can then be shaped and cured.
図5Aでは、3層の液体エラストマーが金型に順次注がれ、それぞれが硬化する。基材層504がまず注がれて硬化し、その後、中間層506が続き、次に上層508が続く。各層は異なる特性を有し得る。しかし、代替として、より多数又はより少数の層を使用することができる。エラストマーの例は、カリフォルニア州Carpentariaに所在のNusil Silicone Technologyから取得することができる。様々な物質が液体エラストマーに添加されてから、硬化して、所望の特性を得る。例えば、炭素が添加されて、導電性を変更し、発泡剤が密度を変更する。 In FIG. 5A, three layers of liquid elastomer are sequentially poured into the mold and each is cured. The substrate layer 504 is first poured and cured, followed by the intermediate layer 506, followed by the top layer 508. Each layer can have different properties. However, alternatively, more or fewer layers can be used. Examples of elastomers can be obtained from Nusil Silicone Technology, located in Carpentaria, California. Various materials are added to the liquid elastomer and then cured to obtain the desired properties. For example, carbon is added to change the conductivity and the blowing agent changes the density.
エラストマー材料は、高分子材料、発泡体、及びカーボンブラック(又は他の導電剤)の混合物であることができる。高分子材料は、例えば、ポリシロキサン(シリコーンゴム)又はポリウレタンであることができる。発泡体及びゴムは、所望の機械的特性に向けて混合される2部分液体成分で供給することができる。発泡体及びゴムは、所望の機械的特性に向けて混合される2部分液体成分で取得される。 The elastomeric material can be a mixture of polymeric material, foam, and carbon black (or other conductive agent). The polymeric material can be, for example, polysiloxane (silicone rubber) or polyurethane. Foam and rubber can be supplied with a two-part liquid component that is mixed to the desired mechanical properties. Foam and rubber are obtained with a two-part liquid component that is mixed towards the desired mechanical properties.
図5Bは、検知組立体の構成要素を示す。検知組立体510は、硬いエラストマー半球512と、弾性カップ536とを含む。半球512は、様々な接続及び電子装置を組み込む。例えば、半球512は、導電体524を通して埋め込み電子バス538に配線された導電性検知点(又は電極)514を含む。バス538はプリント回路基板(PCB)であることができる。同様に、検知点(又は電極)516、518、520、及び522はそれぞれ、導電体526、528、530、及び532を通してそれぞれバス538に接続される。導電体524、526、528、530、及び532のそれぞれは、半球528に埋め込まれた金属ワイヤを含むことができ、導電弾性トンネルが形成することができ、又は導電経路を形成する他の手法を利用することができる。 FIG. 5B shows the components of the sensing assembly. Sensing assembly 510 includes a hard elastomeric hemisphere 512 and an elastic cup 536. The hemisphere 512 incorporates various connections and electronic devices. For example, the hemisphere 512 includes a conductive sensing point (or electrode) 514 wired to the embedded electronic bus 538 through a conductor 524. The bus 538 can be a printed circuit board (PCB). Similarly, sensing points (or electrodes) 516, 518, 520, and 522 are connected to bus 538 through conductors 526, 528, 530, and 532, respectively. Each of the conductors 524, 526, 528, 530, and 532 can include a metal wire embedded in the hemisphere 528, a conductive elastic tunnel can be formed, or other techniques for forming a conductive path. Can be used.
図5Bの検知組立体は、任意の数の検知点を含むことができる。例えば、検知組立体は、少なくとも1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、30、40、50、60、70、80、90、又は100個の検知点を含むことができる。検知点は、半球528にわたって様々な分布を有することができる。例えば、検知点は、半球528の表面に沿って行にわたって分布することができる。 The sensing assembly of FIG. 5B can include any number of sensing points. For example, the sensing assembly is at least 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, or 100 sensing points can be included. The detection points can have various distributions over the hemisphere 528. For example, the detection points can be distributed across the rows along the surface of the hemisphere 528.
図6は、本開示のセンサに関連付けることができる電子装置の概略図である。端子602は、高感度エラストマー上の1組の検知接続点からの電気接続点である。エラストマーから検知デバイスを形成するために、端子602と同様の複数の接続点又は端子が必要とされ、特定の検知アルゴリズムを収集されたデータに適用するのに役立つように離間され配置される。例えば、EITアルゴリズムは、弾性検知エリアを通して複数の別個の導電経路を提供するように離間された幾つかの端子を必要とする。 FIG. 6 is a schematic diagram of an electronic device that can be associated with a sensor of the present disclosure. Terminal 602 is an electrical connection point from a set of sensing connection points on a highly sensitive elastomer. In order to form a sensing device from an elastomer, a plurality of connection points or terminals similar to terminal 602 are required and spaced apart to help apply a particular sensing algorithm to the collected data. For example, the EIT algorithm requires several terminals spaced apart to provide a plurality of separate conductive paths through the elastic sensing area.
配置例は、各端子が隣の端子から22.5角度離間されるように、円形パターンで等間隔に配置された16個の端子(又は電極)を使用する。検知プロセスで励起される複数の導電経路のそれぞれがエラストマーを通して同じ路長を有するように端子が配置されることが望ましいが、必須ではない。多くの端子数及び配置が可能なことが理解されよう。 The arrangement example uses 16 terminals (or electrodes) arranged at equal intervals in a circular pattern so that each terminal is spaced 22.5 degrees from the adjacent terminal. It is desirable, but not essential, that the terminals be arranged so that each of the plurality of conductive paths excited in the sensing process has the same path length through the elastomer. It will be appreciated that many terminals and arrangements are possible.
再び図6を参照すると、端子602は、導電体604を通してスイッチ610に導電接続される。スイッチ610は三位スイッチである。スイッチ610は、導電体606を通して端子602と励起電子装置608のうちの厳密に1つとの間の電気接続、導電体612を通して端子602と検知電子装置614との間の電気接続、又は基準若しくは接地電位ノード616への電気接続を確立する。 Referring again to FIG. 6, terminal 602 is conductively connected to switch 610 through conductor 604. The switch 610 is a three-position switch. Switch 610 may be an electrical connection between terminal 602 and exactly one of excitation electronics 608 through conductor 606, an electrical connection between terminal 602 and sensing electronics 614 through conductor 612, or a reference or ground. Establish electrical connection to potential node 616.
幾つかの例では、検知弾性スキンに、端子602と同様の16個の端子が取り付けられる。検知手順は、励起608を16個の端子の1つに印加し、別の組の電子装置を通して更に同時に基準電位616を別の端子に接続し、他の電子装置を使用して更に同時に検知電子装置614を残りの14個の端子に接続する。全ての励起及び検知電子装置は共通基準616に接続され、したがって、電位電圧の各測定は同じゼロボルト基準を使用し、幾つかの端子からの電圧を比較し、端子間の電位差を計算できるようにする。 In some examples, 16 terminals similar to terminal 602 are attached to the sensing elastic skin. The sensing procedure applies excitation 608 to one of the 16 terminals, connects the reference potential 616 to another terminal at the same time through another set of electronic devices, and uses the other electronic devices to detect the sensing electrons at the same time. Device 614 is connected to the remaining 14 terminals. All excitation and sensing electronics are connected to a common reference 616, so that each measurement of potential voltage uses the same zero volt reference so that the voltage from several terminals can be compared and the potential difference between the terminals can be calculated. To do.
励起信号は、導電体606、スイッチ610、及び導電体604を通しての励起608によって端子602に印加される。励起信号は、基準616に対する所定の電圧電位であってもよく、又は励起608と基準616との間の所定の電流であってもよい。励起信号は、幾つかの場合、直流電流(DC)又は電圧である。代替として、交流電流(AC)又は様々な波形を有する電圧が励起608によって生成される。幾つかの場合、励起信号は、少なくとも約1ミリアンペア(mA)、2mA、3mA、4mA、5mA、6mA、7mA、8mA、9mA、10mA、15mA、20mA、30mA、40mA、又は50mAの所定の直流電流である。 The excitation signal is applied to terminal 602 by conductor 606, switch 610, and excitation 608 through conductor 604. The excitation signal may be a predetermined voltage potential with respect to the reference 616 or a predetermined current between the excitation 608 and the reference 616. The excitation signal is in some cases direct current (DC) or voltage. Alternatively, alternating current (AC) or voltages having various waveforms are generated by excitation 608. In some cases, the excitation signal is a predetermined direct current of at least about 1 milliamp (mA), 2 mA, 3 mA, 4 mA, 5 mA, 6 mA, 7 mA, 8 mA, 9 mA, 10 mA, 15 mA, 20 mA, 30 mA, 40 mA, or 50 mA. It is.
検知電子装置608は、スイッチ604が適宜構成される場合、基準610に対する接続端子602での電圧又は起電圧を測定する。幾つかの場合、検知電子装置608は、端子602において、瞬間電圧、平均電圧、電圧の二乗平方根値、ピーク電圧、電圧の導関数、又はこれらの測定値の組合せを測定する。 The sensing electronics 608 measures the voltage or electromotive voltage at the connection terminal 602 relative to the reference 610 when the switch 604 is appropriately configured. In some cases, sensing electronics 608 measures instantaneous voltage, average voltage, square root of voltage, peak voltage, derivative of voltage, or a combination of these measurements at terminal 602.
本明細書において更に後述するように、端子602のインスタンスに対応する16個の端子のそれぞれは、スイッチ604の構成に従って異なる時点で異なる機能を提供する。スイッチ604のインスタンスである16個のスイッチのそれぞれは、データ収集アルゴリズムを実行するプロセッサによって自動的に制御される。 As will be discussed further herein, each of the 16 terminals corresponding to an instance of terminal 602 provides a different function at different times according to the configuration of switch 604. Each of the 16 switches that are instances of switch 604 is automatically controlled by a processor executing a data collection algorithm.
図7は、本明細書に記載されるセンサと併用することができる電子装置の別の図である。弾性検知システム700は、交差する線が、黒丸で記される場合のみ電気的に接続されるという図面の慣例に従い、行列接続702を通して検知電子装置構成要素に接続された高感度エラストマー703を含む。エラストマー703は、説明を簡潔するために8つの接続点を有するものとして示されているが、図7の説明が、本明細書に記載される発明に従ってエラストマー703への任意の数の接続点にスケーリング可能なことを当業者は理解しよう。 FIG. 7 is another view of an electronic device that can be used in conjunction with the sensors described herein. The elastic sensing system 700 includes a sensitive elastomer 703 connected to sensing electronics components through a matrix connection 702 in accordance with the drawing convention that intersecting lines are electrically connected only if they are marked with black circles. Elastomer 703 is shown as having eight connection points for the sake of brevity, but the description of FIG. 7 may be applied to any number of connection points to elastomer 703 in accordance with the invention described herein. Those skilled in the art will understand that scaling is possible.
3つのマルチプレクサ704、706、及び708はそれぞれ、8つの接続点の1つと、各マルチプレクサ又はmux出力端子との間に導電接続を確立するように機能する。したがって、電圧源710、接地720、及びフィルタ714はそれぞれ、エラストマー703への接続点の1つに接続し得る。どの接続点が接続されるかの選択の制御は、マルチプレクサ704、706、及び708の選択入力に接続する制御接続722を通してプロセッサ712によって達成される。 Each of the three multiplexers 704, 706, and 708 functions to establish a conductive connection between one of the eight connection points and each multiplexer or mux output terminal. Accordingly, voltage source 710, ground 720, and filter 714 may each connect to one of the connection points to elastomer 703. Control of the selection of which connection points are connected is achieved by processor 712 through control connection 722 that connects to the selection inputs of multiplexers 704, 706, and 708.
電圧源710は、電圧又は電流励起をエラストマー710に提供する。幾つかの場合、源710は固定の所定電圧を提供する。プロセッサ712は、所望又は所定の電圧を提供し、電圧を変更して、検知戦略又はアルゴリズムを実行するように、源710を構成することができる。幾つかの状況では、電圧源710は電流センサも含み、電流センサを使用して、電圧を変更し、エラストマー703内に所望の電流フローを生成するか、又は電流をモニタすることができる。電圧及び電流が既知である場合、オームの法則を適用して、インピーダンスを計算することができる。 Voltage source 710 provides voltage or current excitation to elastomer 710. In some cases, source 710 provides a fixed predetermined voltage. The processor 712 can configure the source 710 to provide a desired or predetermined voltage, change the voltage, and execute a sensing strategy or algorithm. In some situations, the voltage source 710 also includes a current sensor that can be used to change the voltage to produce the desired current flow in the elastomer 703 or to monitor the current. If the voltage and current are known, Ohm's law can be applied to calculate the impedance.
図7では、マルチプレクサ708は、エラストマー703の端子の1つをフィルタ714に接続することができる。フィルタ714は、アナログ(連続)若しくはデジタル(離散)フィルタの何れかのアンチエイリアスフィルタ、ローパスフィルタ、又は他のフィルタであることができる。例えば、フィルタ714は、高周波数信号を拒絶し、低周波信号を通して、後続処理に適用されるノイズを低減するように構成されたフィルタである。 In FIG. 7, multiplexer 708 can connect one of the terminals of elastomer 703 to filter 714. Filter 714 can be an anti-alias filter, low pass filter, or other filter, either an analog (continuous) or digital (discrete) filter. For example, the filter 714 is a filter configured to reject high frequency signals and reduce noise applied to subsequent processing through low frequency signals.
フィルタ714から、信号は、時間導関数演算716及び利得726に流れる。時間導関数演算716は、時間に対する入力信号の変化率を求める。導関数演算716の出力は利得段718に適用される。利得段718及び726は、信号の振幅を変更してから、データ取得モジュール724に送信する。利得段718及び726において達成される振幅変更は、1よりも大きな利得を適用して、信号振幅を増大させてもよく、又は1未満の利得を適用して、信号振幅を減衰させてもよく、又は厳密に1の利得を適用し、信号をバッファリングするように機能してもよい。 From filter 714, the signal flows to time derivative operation 716 and gain 726. Time derivative operation 716 determines the rate of change of the input signal with respect to time. The output of derivative operation 716 is applied to gain stage 718. The gain stages 718 and 726 change the amplitude of the signal before transmitting it to the data acquisition module 724. The amplitude change achieved in gain stages 718 and 726 may apply a gain greater than 1 to increase the signal amplitude, or apply a gain less than 1 to attenuate the signal amplitude. Or may apply a strictly unity gain and function to buffer the signal.
データ取得モジュール724は、プロセッサ712に適するデジタルデータに信号を変換することができる。幾つかの場合、データ取得モジュール724は、入力信号電圧を捕捉して保持するサンプラと、サンプリングされた信号を数値表現に変換するアナログ/デジタル変換器とを含む。 The data acquisition module 724 can convert the signal into digital data suitable for the processor 712. In some cases, the data acquisition module 724 includes a sampler that captures and holds the input signal voltage and an analog / digital converter that converts the sampled signal into a numerical representation.
幾つかの状況では、図7のシステム700は、任意の時点でエラストマー703の1つのみの端子でしかデータを測定することができず、幾つかの端子からデータを収集するには、マルチプレクサ708がプロセッサ712によって制御される順次選択及び変換が必要である。代替として、2つ以上のポイントが同時にサンプリングされる。例では、マルチプレクサ708は、適用される全ての入力信号を同時にサンプリング可能なマルチチャネルデータ取得モジュールで置換される。 In some situations, the system 700 of FIG. 7 can measure data at only one terminal of elastomer 703 at any given time, and to collect data from several terminals, multiplexer 708 Requires sequential selection and conversion controlled by processor 712. Alternatively, two or more points are sampled simultaneously. In the example, multiplexer 708 is replaced with a multi-channel data acquisition module that can sample all applied input signals simultaneously.
図8Aは、データを収集する一連の動作を概略的に示す。6個の端子を有するエラストマーが、参照のために示され、順番に実行される6つの異なる励起及び測定状況のそれぞれが、励起802、804、806、808、810、及び812に示される。 FIG. 8A schematically shows a series of operations for collecting data. An elastomer with six terminals is shown for reference and each of six different excitation and measurement situations performed in sequence are shown at excitations 802, 804, 806, 808, 810, and 812, respectively.
図8Bは、データを収集する一連の動作を示すフローチャートである。850において、フレーム又はデータセットの収集が開始される。852において、励起が一対の端子にわたって適用される。854において、遅延が適用されて、測定前にいかなる過渡電流も落ち着かせることができる。856において、端子の測定が事項される。例では、測定856は、あらゆる端子での電圧を測定することを含む。別の例では、励起していない端子のみが測定される。 FIG. 8B is a flowchart showing a series of operations for collecting data. At 850, frame or data set collection begins. At 852, excitation is applied across a pair of terminals. At 854, a delay can be applied to settle any transient current before measurement. At 856, terminal measurements are addressed. In the example, measurement 856 includes measuring the voltage at every terminal. In another example, only the unexcited terminals are measured.
858において、測定データはデータ構造に記憶される。860において、現在フレームの全てのデータが収集されたか否か又は検知アルゴリズムを完了するために励起を受けることができる更なる端子対があるか否かが判断される。励起すべき更なる端子対がある場合、実行は852に続く。励起すべき更なる端子対がない場合、実行は862に続き、収集データが処理される。 At 858, the measurement data is stored in a data structure. At 860, it is determined whether all data for the current frame has been collected or if there are additional terminal pairs that can be excited to complete the detection algorithm. If there are additional terminal pairs to be excited, execution continues to 852. If there are no more terminal pairs to be excited, execution continues to 862 and the collected data is processed.
図9Aは、回転機械へのワイヤレス接続を含むシステムを概略的に示す。移動する機械へのワイヤレス接続は、電力印加及びデータ収集の両方に特定の問題を課し得る。図9Aでは、システム900は、弾性センサ並びにデータの処理及び記憶を接続するワイヤをなくすことにより、この問題に対処することができる。回転機械902の湾曲外面は、弾性スキンセンサ904で覆われる。弾性スキンセンサ904は、回転電子モジュール906に接続される。回転モジュール906は、ワイヤレス通信リンク910を使用して固定電子モジュール910と通信する。 FIG. 9A schematically illustrates a system that includes a wireless connection to a rotating machine. A wireless connection to a moving machine can impose certain problems on both power application and data collection. In FIG. 9A, the system 900 can address this problem by eliminating the elastic sensor and the wires connecting the data processing and storage. The curved outer surface of the rotating machine 902 is covered with an elastic skin sensor 904. The elastic skin sensor 904 is connected to the rotating electronic module 906. The rotation module 906 communicates with the fixed electronic module 910 using the wireless communication link 910.
図9Bは、ワイヤレス検知及び通信を実行するように配置される構成要素の概略図である。例えば、図9Bのシステム918は、図9Aの回転電子モジュール906に対応する。エラストマーセンサ920は、多重化電子装置922を通して励起924及び検知926に接続され、データ取得モジュール928によって制御される。モジュール928は、励起を印加し、スキン920に印加された力を検知するために必要なデータを収集するシーケンスを実行する。次に、収集されたデータは、アンテナ932を使用してワイヤレス通信930から送信される。環境及び性能に従って様々な通信方式が使用可能なことを理解されたい。例えば、Bluetooth、視線光学通信、又は様々な無線周波数変調方式等の短距離通信方式が有用である。幾つかの例では、近距離無線通信技術が使用される。 FIG. 9B is a schematic diagram of components arranged to perform wireless detection and communication. For example, system 918 in FIG. 9B corresponds to rotating electronic module 906 in FIG. 9A. Elastomeric sensor 920 is connected to excitation 924 and sensing 926 through multiplexed electronics 922 and is controlled by data acquisition module 928. Module 928 performs a sequence to apply the excitation and collect the data necessary to detect the force applied to skin 920. The collected data is then transmitted from wireless communication 930 using antenna 932. It should be understood that various communication schemes can be used depending on the environment and performance. For example, short-range communication methods such as Bluetooth, line-of-sight optical communication, or various radio frequency modulation methods are useful. In some examples, near field communication technology is used.
回転する機械に取り付けられた弾性スキンからデータを収集するに当たり生じる別の問題は、励起及び検知電子装置への給電の問題である。図9Bでは、センサ918の電力は、電力制御モジュール942を通して送られる。電力制御モジュール942は、2つのソースのうちの一方から電力を得る。第1のソースはエネルギー貯蔵デバイス944であり、これは、超コンデンサ、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、又はNiCd電池等の技術を利用する交換可能又は再充電可能なエネルギー貯蔵デバイスであり得る。本明細書に開示される発明から逸脱せずに、現在利用可能であるか、又は将来発見される他のエネルギー貯蔵技術も適用可能である。 Another problem that arises in collecting data from elastic skins attached to rotating machines is the problem of powering excitation and sensing electronics. In FIG. 9B, the power of sensor 918 is sent through power control module 942. The power control module 942 obtains power from one of the two sources. The first source is an energy storage device 944, which can be a replaceable or rechargeable energy storage device that utilizes technologies such as supercapacitors, lithium ion batteries, nickel metal hydride batteries, or NiCd batteries. Other energy storage technologies currently available or discovered in the future are also applicable without departing from the invention disclosed herein.
別のエネルギー源は環境発電モジュール940である。環境発電モジュールは、振動、熱、又は運動を使用して、センサシステム918を動作させる電力を生成する。モジュール940からのエネルギーは、電子装置に送られるか、又はエネルギー貯蔵装置944を再充電するように送られる。 Another energy source is the energy harvesting module 940. The energy harvesting module uses vibration, heat, or motion to generate power that operates the sensor system 918. The energy from module 940 is sent to the electronic device or sent to recharge the energy storage device 944.
図10Aは、検知エラストマー及び電気接続点を概略的に示す。検知スキン1000は、6つの接続点1002、1004、1006、1008、1010、及び1012を有して示される。 FIG. 10A schematically shows the sensing elastomer and electrical connection points. The sensing skin 1000 is shown having six connection points 1002, 1004, 1006, 1008, 1010, and 1012.
図10Bは、検知エラストマーに重ねられた検知要素又は「テクセル」のアレイを示す。検知スキン1020は、図10Aの検知スキン1000に対応する。グリッド又はマップ1022がスキン1020に重ねられて、検知された力の位置特定に役立つ。グリッド1022が物理的なグリッドではなく、グリッド上の点を参照するために使用されるモデルであることを理解されたい。グリッド1022の各要素は「テクセル」と呼ばれ、触覚検知要素を意味する。グリッド1022は正方形テクセルのタイリングとして示されるが、六角形及び矩形を含め、様々な形状のテクセルが使用可能である。 FIG. 10B shows an array of sensing elements or “texels” overlaid on the sensing elastomer. The detection skin 1020 corresponds to the detection skin 1000 of FIG. 10A. A grid or map 1022 is superimposed on the skin 1020 to help locate the detected force. It should be understood that the grid 1022 is not a physical grid but a model used to refer to points on the grid. Each element of the grid 1022 is called a “texel” and means a tactile sensing element. Although grid 1022 is shown as a square texel tiling, various shapes of texels can be used, including hexagons and rectangles.
図11は、幾つかの実施形態による、センサデータを処理するワークフローを概略的に示す。弾性スキンから収集されたデータは、データストレージ1102に送信される。データストレージ1102は、様々なデータ処理アルゴリズムの適用結果の記憶にも使用される。データ処理アルゴリズムは適用されて、弾性センサの特性の測定値から圧力分布、力分布、及びトルク分布を特定する。図11Aでは、例示のために、各処理アルゴリズムが示されている。アルゴリズム1106はカルマンフィルタであり、アルゴリズム1108はニューラルネットワークであり、アルゴリズム1110はトモグラフィックアルゴリズムであり、アルゴリズム1112は、特定のフィルタを利用し得る点群である。幾つかの場合、これら及び他のアルゴリズムは、個々に又は組み合わせて適用し得る。結果はリアルタイムディスプレイ1104に表示される。 FIG. 11 schematically illustrates a workflow for processing sensor data, according to some embodiments. Data collected from the elastic skin is transmitted to the data storage 1102. The data storage 1102 is also used for storing application results of various data processing algorithms. A data processing algorithm is applied to identify the pressure distribution, force distribution, and torque distribution from the measured values of the elastic sensor characteristics. In FIG. 11A, each processing algorithm is shown for illustration. The algorithm 1106 is a Kalman filter, the algorithm 1108 is a neural network, the algorithm 1110 is a tomographic algorithm, and the algorithm 1112 is a point group that can use a specific filter. In some cases, these and other algorithms may be applied individually or in combination. The result is displayed on the real time display 1104.
図12は、幾つかの実施形態による、他のセンサの統合を概略的に示す。システム1200では、慣性測定ユニット(IMU)1202が、3軸に加速度センサ(加速度計)、回転センサ(ジャイロ)、及び磁場センサ(磁力計)を含む。これは、現在、スマートフォン又は他の電子デバイスで見られる小型で安価なIMUパッケージの代表である。加速度用のセンサは、スキン加速度を検知するように構成することができる。そのようなセンサは、加速度計との接触面での振動を検知して、スリップ及びテクスチャを検出することができる。代替又は追加として、変形時に電圧を生成することができる圧電材料が使用可能である。 FIG. 12 schematically illustrates integration of other sensors, according to some embodiments. In the system 1200, an inertial measurement unit (IMU) 1202 includes an acceleration sensor (accelerometer), a rotation sensor (gyro), and a magnetic field sensor (magnetometer) on three axes. This is representative of the small and inexpensive IMU package currently found in smartphones or other electronic devices. The acceleration sensor can be configured to detect skin acceleration. Such a sensor can detect slip and texture by detecting vibrations on the contact surface with the accelerometer. Alternatively or additionally, piezoelectric materials that can generate a voltage when deformed can be used.
弾性スキン1204及び関連付けられた電子装置1206は、弾性スキン1204での力及び圧力の分布を特定する。プロセッサ1208は、スキンセンサ電子装置1206からの力及び圧力データをIMU1202からの回転及び並進移動率データと組み合わせる。幾つかの場合、異なるセンサからのデータが組み合わせられて、任意の個々のセンサから利用可能でない結果をもたらす。代替として、ノイズの多い又は精度の低いセンサからのデータを組み合わせて処理し、忠実度又は精度のより高いデータを生成する。結果は任意選択的に、ディスプレイ1210に表示することができる。 Elastic skin 1204 and associated electronic device 1206 identify the force and pressure distribution at elastic skin 1204. The processor 1208 combines the force and pressure data from the skin sensor electronics 1206 with the rotation and translation rate data from the IMU 1202. In some cases, data from different sensors are combined to yield results that are not available from any individual sensor. Alternatively, data from sensors that are noisy or less accurate are combined and processed to produce data with higher fidelity or accuracy. The results can optionally be displayed on display 1210.
図13は、幾つかの実施形態による、センサデータを処理するワークフローを概略的に示す。視覚データが撮像システム1302によって収集され、視覚的点群データ1306として記憶される。触覚及びグリッパーデータが、グリッパー及びロボットスキン1304によって収集され、触覚的点群データ1308として記憶される。通常、これらのデータセットは、環境に存在する物理的物体に対応する。多くの場合、人間の介入なしでロボットグリッパー又はアームを使用して自動的に物体の位置を特定するか、又は物体を操作することが望ましい。クラウドデータは、メモリ等の電子記憶媒体に記憶することができ、電子記憶媒体は、データ収集に使用されるセンサからローカル又はリモート(例えば、クラウド内)に配置することができる。 FIG. 13 schematically illustrates a workflow for processing sensor data, according to some embodiments. Visual data is collected by the imaging system 1302 and stored as visual point cloud data 1306. Tactile and gripper data is collected by the gripper and robot skin 1304 and stored as tactile point cloud data 1308. Typically, these data sets correspond to physical objects that exist in the environment. In many cases, it is desirable to automatically locate or manipulate an object using a robot gripper or arm without human intervention. The cloud data can be stored in an electronic storage medium such as a memory, and the electronic storage medium can be located locally or remotely (eg, in the cloud) from a sensor used for data collection.
環境で直面し得る様々な物体のモデルは、CADモデル1312として記憶され、これは、粒子フィルタ1310に転送するために点群データに変換される。粒子フィルタ1310は、点群データ1306からのデータを点群データ1308と融合し、さらに、融合センサデータに合う、データ1312からのCADモデルを決定する。粒子フィルタ1310の結果は、グリッパーの視覚的オクルージョンに関わりないロバストな分解能の物体姿勢である。これは、ピックアンドプレース作業等のロボットによる物体の自動操作に役立つ。 Various object models that may be encountered in the environment are stored as CAD models 1312 which are converted to point cloud data for transfer to the particle filter 1310. The particle filter 1310 fuses the data from the point cloud data 1306 with the point cloud data 1308 and further determines a CAD model from the data 1312 that matches the fused sensor data. The result of the particle filter 1310 is a robust resolution object orientation that is independent of the gripper's visual occlusion. This is useful for automatic operation of an object by a robot such as pick and place work.
上記説明では、単一時点での単一物体の検出及び操作が教示されているが、本明細書に記載される発明が、複数の物体を検出可能であり、移動並びに物体の位置及び向きの変化にリアルタイムに対処可能なことを理解されたい。 Although the above description teaches the detection and manipulation of a single object at a single point in time, the invention described herein is capable of detecting multiple objects, moving and determining the position and orientation of the object. It should be understood that changes can be dealt with in real time.
コンピュータビジョン及びマシンビジョンアルゴリズムに関連して使用される幾つかの用語を定義することが重要である。「点群」とは、物理的物体の表面に対応する三次元空間内の点の集合である。点群は、コンピュータ視覚システムのように物体をスキャンすることにより、又はコンピュータ支援設計(CAD)システムでの物体を表すモデルから得られる。 It is important to define some terms used in connection with computer vision and machine vision algorithms. A “point cloud” is a set of points in a three-dimensional space corresponding to the surface of a physical object. Point clouds can be obtained by scanning an object, such as a computer vision system, or from a model that represents an object in a computer aided design (CAD) system.
物理的又は仮想的物体の「姿勢」は、座標系での物体の位置及び向きの組合せである。「粒子フィルタ」は、幾らかの過去の履歴を所与として、物体又は点の集合の将来の位置の確率に基づく推定を形成する。 The “posture” of a physical or virtual object is a combination of the position and orientation of the object in the coordinate system. A “particle filter” forms an estimate based on the probability of the future position of a set of objects or points given some past history.
「マハラノビス距離」は、全てのデータ点の各次元での平均及び共分散を考慮に入れた多次元空間内の2点間の距離の測定値である。基本的に、データ点は新しい座標系にマッピングされ、変換マッピングはデータ点の分布によって決まる。 “Mahalanobis distance” is a measure of the distance between two points in a multidimensional space taking into account the mean and covariance in each dimension of all data points. Basically, data points are mapped to a new coordinate system, and the transformation mapping depends on the distribution of data points.
例では、粒子フィルタは、視覚データに基づいて姿勢の初期推定を行い、触覚(例えば、圧力又はインピーダンス)データを含むことによって推定を更に改良する。視覚データには第1のデータセットを関連付けることができ、触覚データには第2のデータセットを関連付けることができ、第1のセットは第2のデータセットよりも大きくすることができる。粒子フィルタアーキテクチャは、立体視で使用されており、移動ロボット工学では「尤度場」として知られている「近接度測定モデル」を使用する。各測定(視覚及び触覚の両方)は、「データ点」として記される、六次元空間での1組の位置ベクトル及び表面法線ベクトルで構成される。すなわち、各測定値は、各点が対応する表面法線ベクトル方向を有する点群である。データ点(M)毎に、既知のCADモデル上の最近房点(O)が見つけられる。データ点の姿勢差(D)は、以下の式に基づいて計算される。
この式では、σはガウスノイズ分散であり、CADモデルは、3つの位置及び3つの法線ベクトルをそれぞれ含む六次元(6D)空間での先験的な姿勢でのものである。そして、DはOとMとのマハラノビス距離である。Dは、測定でのデータ点毎に計算される。そして、全てのDの和は、CADモデルからの測定の「総合距離」である。粒子フィルタは、6DでのCADモデル姿勢の確率分布を表し、各粒子は6D CADモデル姿勢空間内の点である。したがって、粒子フィルタは、視覚センサ及び触覚センサからの測定データに一致する最良のCADモデル姿勢の検索アルゴリズムとして使用される。
In an example, the particle filter makes an initial estimate of posture based on visual data and further improves the estimate by including tactile (eg, pressure or impedance) data. The visual data can be associated with a first data set, the haptic data can be associated with a second data set, and the first set can be larger than the second data set. The particle filter architecture is used in stereoscopic vision and uses a “proximity measurement model” known as “likelihood field” in mobile robotics. Each measurement (both visual and tactile) consists of a set of position vectors and surface normal vectors in six-dimensional space, denoted as “data points”. That is, each measured value is a point group having a surface normal vector direction to which each point corresponds. For each data point (M), the nearest tuft (O) on the known CAD model is found. The attitude difference (D) of the data points is calculated based on the following formula.
In this equation, σ is the Gaussian noise variance, and the CAD model is in an a priori pose in a six-dimensional (6D) space containing three positions and three normal vectors, respectively. D is the Mahalanobis distance between O and M. D is calculated for each data point in the measurement. The sum of all D is the “total distance” of the measurement from the CAD model. The particle filter represents a probability distribution of the CAD model pose in 6D, and each particle is a point in the 6D CAD model pose space. Thus, the particle filter is used as a search algorithm for the best CAD model pose that matches the measured data from the visual and tactile sensors.
図14A及び図14Bは、検知組立体1400の構成要素の配置の概略図である。図14Aでは、組立体1400の端面図が示される。組立体1400は、同心層として配置される複数のボリュームを含む。基材1402は最内側ボリュームを占める。基材1404は、同軸で基材1402に重なるボリュームである。基材1406は基材1404を囲む。基材1402、1404、及び1406は、例示のために、共通軸を共有する円柱体又は中空円筒体として示されているが、他の形状及び配置の層も可能である。例えば、ボリュームは正方形、長円形、楕円形、又は非対称境界形を有し得る。 14A and 14B are schematic views of the arrangement of the components of sensing assembly 1400. FIG. In FIG. 14A, an end view of assembly 1400 is shown. The assembly 1400 includes a plurality of volumes arranged as concentric layers. The substrate 1402 occupies the innermost volume. The base material 1404 is a volume that is coaxial and overlaps the base material 1402. The substrate 1406 surrounds the substrate 1404. The substrates 1402, 1404, and 1406 are shown as cylinders or hollow cylinders that share a common axis for illustrative purposes, but other shapes and arrangements of layers are possible. For example, the volume can have a square, oval, elliptical, or asymmetric boundary shape.
組立体1400による配置は、所望の総合特性を有する特定の組成の弾性ボリュームを作成するに当たり有用であることができる。例えば、基材1404のボリュームは、高導電性材料であり、基材1406のボリュームは導電性がはるかに低い材料であり、端点間で導電性であるが、外面では絶縁される組立体1400を作成する。組立体1400はまた、幾つかの実施形態では、他の弾性組成物又は続く製造プロセスに含まれる構成要素であり得る。 The arrangement according to assembly 1400 can be useful in creating an elastic volume of a specific composition with the desired overall properties. For example, the volume of the substrate 1404 is a highly conductive material, and the volume of the substrate 1406 is a material that is much less conductive and conductive between end points, but is insulated on the outer surface but has an assembly 1400 that is insulated. create. The assembly 1400 may also be a component included in other elastic compositions or subsequent manufacturing processes in some embodiments.
組立体1400及び組立体1400を製造し、階層構造を作成する技法は両方とも、現在利用可能な他のシステム技法よりも優れた様々な利点を提供する。一実施形態では、基材1402は、高抗張力可撓性フィラメント、例えば、糸又はワイヤである。次に、基材1402は、基材1404の形成に使用される材料で被覆される。一実施形態では、基材1402は、未硬化液体エラストマー中に1回又は複数回浸漬される綿糸であり、次に、エラストマーは硬化して、固体エラストマー層を形成する。続けて、基材1402及び1404の組合せは、基材1406に望ましい未硬化液体エラストマーに浸漬又は浸けられて、外部ボリュームを形成する。浸漬被覆及び射出成形を含むが、これらに限定されない他の技法を適用して、組立体1400のボリューム層を作成することもできる。 Both the assembly 1400 and the techniques for manufacturing the assembly 1400 and creating the hierarchical structure provide various advantages over other currently available system techniques. In one embodiment, the substrate 1402 is a high tensile flexible filament, such as a thread or wire. Next, the substrate 1402 is coated with the material used to form the substrate 1404. In one embodiment, the substrate 1402 is a cotton yarn that is immersed one or more times in an uncured liquid elastomer, and then the elastomer is cured to form a solid elastomeric layer. Subsequently, the combination of substrates 1402 and 1404 is immersed or dipped in the uncured liquid elastomer desired for substrate 1406 to form an external volume. Other techniques, including but not limited to dip coating and injection molding, can be applied to create the volume layer of the assembly 1400.
図14Bを参照して、組立体1450の側面図が示され、組立体1450は材料の複数の同心ボリュームの組立体である。中心ボリューム1452は第2の材料層1454で囲まれ、第2の材料層1454は第3の材料層1456で更に囲まれる。3つのボリューム領域が例示のために示されているが、任意の数の層を組立体1450内に含め得る。一実施形態では、多導体電気ケーブルと同様に、複数の内層が外層で囲まれる。 Referring to FIG. 14B, a side view of assembly 1450 is shown, which is an assembly of multiple concentric volumes of material. The central volume 1452 is surrounded by a second material layer 1454, and the second material layer 1454 is further surrounded by a third material layer 1456. Although three volume regions are shown for illustration, any number of layers may be included in the assembly 1450. In one embodiment, similar to a multi-conductor electrical cable, multiple inner layers are surrounded by outer layers.
コンピュータ制御システム
図18は、本開示のデバイス、システム、及び方法を実施するようにプログラムされるか、又は他の様式で構成されたコンピュータシステム1801を示す。コンピュータシステム1801は、中央演算処理装置(CPU、本明細書では「プロセッサ」及び「コンピュータプロセッサ」とも)を含み、CPUは、シングルコア若しくはマルチコアプロセッサであってもよく、又は並列処理用の複数のプロセッサであってもよい。コンピュータシステム1801は、メモリ又はメモリロケーション1810(例えば、ランダムアクセスメモリ、読み取り専用メモリ、フラッシュメモリ)、電子記憶ユニット1815(例えば、ハードディスク)、1つ又は複数の他のシステムと通信するための通信インターフェース1820(例えば、ネットワークアダプタ)、及びキャッシュ、他のメモリ、データ記憶装置、及び/又は電子ディスプレイアダプタ等の周辺機器1825も含む。メモリ1810、記憶ユニット1815、インターフェース1820、及び周辺機器1825は、マザーボード等の通信バス(実線)を通してCPU1805と通信する。記憶ユニット1815は、データを記憶するデータ記憶ユニット(又はデータリポジトリ)であることができる。コンピュータシステム1801は、通信インターフェース1820を用いてコンピュータネットワーク(「ネットワーク」)1830に動作可能に結合することができる。ネットワーク1830は、インターネット、インターネット及び/又はエクストラネット、又はイントラネット及び/又はインターネットと通信するエクストラネットであることができる。幾つかの場合、ネットワーク1830は、電気通信ネットワーク及び/又はデータネットワークである。ネットワーク1830は、クラウド計算等の分散計算を可能にすることができる1つ又は複数のコンピュータサーバを含むことができる。ネットワーク1830は、幾つかの場合、コンピュータシステム1801を用いて、ピアツーピアネットワークを実施することができ、これにより、コンピュータシステム1801に結合されたデバイスがクライアント又はサーバとして挙動できるようにし得る。
Computer Control System FIG. 18 illustrates a computer system 1801 that is programmed or otherwise configured to implement the devices, systems, and methods of the present disclosure. Computer system 1801 includes a central processing unit (CPU, also referred to herein as “processor” and “computer processor”), which may be a single-core or multi-core processor, or a plurality of processors for parallel processing. It may be a processor. The computer system 1801 is a communication interface for communicating with a memory or memory location 1810 (eg, random access memory, read only memory, flash memory), an electronic storage unit 1815 (eg, hard disk), and one or more other systems. 1820 (eg, a network adapter) and peripheral devices 1825 such as caches, other memory, data storage devices, and / or electronic display adapters. The memory 1810, the storage unit 1815, the interface 1820, and the peripheral device 1825 communicate with the CPU 1805 through a communication bus (solid line) such as a motherboard. The storage unit 1815 can be a data storage unit (or data repository) that stores data. Computer system 1801 can be operatively coupled to a computer network (“network”) 1830 using a communication interface 1820. Network 1830 can be the Internet, the Internet and / or an extranet, or an extranet in communication with an intranet and / or the Internet. In some cases, network 1830 is a telecommunications network and / or a data network. The network 1830 can include one or more computer servers that can enable distributed computing, such as cloud computing. Network 1830 may in some cases use computer system 1801 to implement a peer-to-peer network, which may allow devices coupled to computer system 1801 to behave as clients or servers.
CPU1805は、機械可読命令シーケンスを実行することができ、命令シーケンスはプログラム又はソフトウェアで実施することができる。命令は、メモリ1810等のメモリロケーションに記憶し得る。CPU1805によって実行される動作の例としては、フェッチ、デコード、実行、及びライトバックを挙げることができる。 The CPU 1805 can execute machine-readable instruction sequences, which can be implemented in programs or software. The instructions may be stored in a memory location such as memory 1810. Examples of operations performed by the CPU 1805 can include fetch, decode, execute, and write back.
CPU1805は、集積回路等の回路の部分であることができる。システム1801の1つ又は複数の他の構成要素が、回路に含まれることができる。幾つかの場合、回路は特定用途向け集積回路(ASIC)である。 The CPU 1805 can be part of a circuit such as an integrated circuit. One or more other components of the system 1801 can be included in the circuit. In some cases, the circuit is an application specific integrated circuit (ASIC).
記憶ユニット1815は、ドライバ、ライブラリ、及び保存されたプログラム等のファイルを記憶することができる。記憶ユニット1815は、ユーザデータ、例えば、プリファレンス及びユーザプログラムを記憶することができる。コンピュータシステム1801は、幾つかの場合、イントラネット又はインターネットを通してコンピュータシステム1801と通信するリモートサーバに配置される等のコンピュータシステム1801の外部にある1つ又は複数の追加のデータ記憶ユニットを含むことができる。 The storage unit 1815 can store files such as drivers, libraries, and saved programs. The storage unit 1815 can store user data, such as preferences and user programs. The computer system 1801 may include one or more additional data storage units that are external to the computer system 1801, such as, in some cases, located on a remote server that communicates with the computer system 1801 over an intranet or the Internet. .
コンピュータシステム1801は、ネットワーク1830を通して1つ又は複数のリモートコンピュータシステムと通信することができる。例えば、コンピュータシステム1801は、ユーザ(例えば、オペレータ)のリモートコンピュータシステムと通信することができる。リモートコンピュータシステムの例としては、パーソナルコンピュータ(例えば、ポータブルPC)、スレート又はタブレットPC(例えば、Apple(登録商標)iPad、Samsung(登録商標)Galaxy Tab)、電話、スマートフォン(例えば、Apple(登録商標)iPhone、アンドロイド対応デバイス、Blackberry(登録商標)、又は個人情報端末が挙げられる。ユーザは、ネットワーク1830を介してコンピュータシステム1801にアクセスすることができる。 Computer system 1801 can communicate with one or more remote computer systems over network 1830. For example, the computer system 1801 can communicate with a user (eg, operator) remote computer system. Examples of remote computer systems include personal computers (eg, portable PCs), slate or tablet PCs (eg, Apple® iPad, Samsung® Galaxy Tab), phones, smartphones (eg, Apple® ) IPhone, Android compatible device, Blackberry®, or personal information terminal, etc. A user can access the computer system 1801 via the network 1830.
本明細書に記載される方法は、例えば、メモリ1810又は電子記憶ユニット1815等のコンピュータシステム1801の電子記憶ロケーションに記憶される機械(例えば、コンピュータプロセッサ)実行可能コードによって実施することができる。機械実行可能又は機械可読コードは、ソフトウェアの形態で提供することができる。使用中、コードはプロセッサ1805によって実行することができる。幾つかの場合、コードは、記憶ユニット1815から検索され、プロセッサ1805による容易なアクセスのためにメモリ1810に記憶することができる。幾つかの状況では、電子記憶ユニット1815をなくすことができ、機械実行可能命令はメモリ1810に記憶される。 The methods described herein may be implemented by machine (eg, computer processor) executable code stored in an electronic storage location of computer system 1801, such as memory 1810 or electronic storage unit 1815, for example. Machine-executable or machine-readable code may be provided in the form of software. In use, the code can be executed by the processor 1805. In some cases, the code can be retrieved from storage unit 1815 and stored in memory 1810 for easy access by processor 1805. In some situations, electronic storage unit 1815 can be eliminated and machine-executable instructions are stored in memory 1810.
コードは、コードを実行するように構成されたプロセッサを有した機械と併用されるように事前にコンパイルされ構成してもよく、又は実行時中にコンパイルしてもよい。コードは、コードを事前にコンパイルされるか、又はコンパイルされたままで実行できるようにするように選択することができるプログラミング言語で供給することができる。 The code may be precompiled and configured for use with a machine having a processor configured to execute the code, or it may be compiled during runtime. The code can be provided in a programming language that can be selected to allow the code to be precompiled or run as compiled.
コンピュータシステム1801等の本明細書に提供されるシステム及び方法の態様は、プログラミングで実施することができる。本技術の様々な態様は、通常、一種の機械可読媒体で運ばれるか、又は一種の機械可読媒体内で実施される機械(又はプロセッサ)実行可能コード及び/又は関連付けられたデータの形態の「製品」又は「製造品」として考えられ得る。機械実行可能コードは、そのようなメモリ(例えば、読み取り専用メモリ、ランダムアクセスメモリ、フラッシュメモリ)電子記憶ユニット又はハードディスクに記憶することができる。「記憶」型媒体は、コンピュータ、プロセッサ等のありとあらゆる有形メモリ又は様々な半導体メモリ、テープドライブ、ディスクドライブ等のそれに関連付けられたモジュールを含むことができ、これらは非一時的記憶をソフトウェアプログラミングに随時提供し得る。ソフトウェアの全て又は部分には、時折、インターネット又は様々な他の電気通信ネットワークを通して通信し得る。そのような通信は、例えば、あるコンピュータ又はプロセッサから別のコンピュータ又はプロセッサに、例えば、管理サーバ又はホストコンピュータからアプリケーションサーバのコンピュータプラットフォームにソフトウェアをロードできるようにし得る。したがって、ソフトウェア要素を担持し得る別のタイプの媒体としては、ローカルデバイス間の物理的インターフェースにわたり、有線及び光学陸線網を通して、並びに様々なエアリンクを介して使用される等の光波、電波、及び電磁波が挙げられる。有線又は無線リンク、光学リンク等のそのような波を搬送する物理的要素も、ソフトウェアを担持する媒体として見なし得る。本明細書で使用される場合、非一時的有形「記憶」媒体に限定されない限り、コンピュータ又は機械「可読媒体」等の用語は、実行のために命令をプロセッサに提供することに参加する任意の媒体を指す。 Aspects of the systems and methods provided herein, such as computer system 1801, can be implemented in programming. Various aspects of the present technology typically are in the form of machine (or processor) executable code and / or associated data carried on or implemented within a type of machine-readable medium. It can be considered as “product” or “manufactured product”. Machine-executable code can be stored in such memory (eg, read-only memory, random access memory, flash memory) electronic storage units or hard disks. A “storage” type medium may include any and all tangible memories such as computers, processors, etc. or various semiconductor memories, modules associated with it such as tape drives, disk drives, etc., which may be used for non-transitory storage from time to time for software programming Can be provided. All or part of the software may occasionally communicate through the Internet or various other telecommunications networks. Such communication may allow, for example, software to be loaded from one computer or processor to another computer or processor, eg, from a management server or host computer to the application server's computer platform. Thus, other types of media that can carry software elements include light waves, radio waves, such as used across physical interfaces between local devices, through wired and optical land networks, and through various air links. And electromagnetic waves. Physical elements that carry such waves, such as wired or wireless links, optical links, etc. may also be considered as media carrying software. As used herein, unless limited to non-transitory tangible “storage” media, terms such as computer or machine “readable medium” may participate in providing instructions to a processor for execution. Refers to the medium.
したがって、コンピュータ実行可能コード等の機械可読媒体は、有形記憶媒体、搬送波媒体、又は物理的伝送媒体を含むが、これらに限定されない多くの形態をとり得る。不揮発性記憶媒体は、例えば、図面に示されるデータベース等の実施に使用し得る等の任意のコンピュータ内の任意の記憶デバイス等の光ディスク又は磁気ディスクを含む。揮発性記憶媒体は、そのようなコンピュータプラットフォームのメインメモリ等のダイナミックメモリを含む。有形伝送媒体は、コンピュータシステム内のバスを構成するワイヤを含め、同軸ケーブル、銅線、及び光ファイバを含む。搬送波伝送媒体は、無線周波数(RF)及び赤外線(IR)データ通信中に生成される等の電気信号、電磁信号、音響信号、又は光波の形態をとり得る。したがって、一般的な形態のコンピュータ可読媒体は、例えば、フロッピーディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、任意の他の磁気媒体、CD−ROM、DVD、若しくはDVD−ROM、任意の他の光学媒体、パンチカード、紙テープ、穴のパターンを有する任意の他の物理的記憶媒体、RAM、ROM、PROM、EPROM、フラッシュEPROM、任意の他のメモリチップ若しくはカートリッジ、データ若しくは命令を運ぶ搬送波、そのような搬送波を運ぶケーブル若しくはリンク、又はコンピュータがプログラミングコード及び/又はデータを読み取り得る任意の他の媒体を含む。これらの形態のコンピュータ可読媒体の多くは、1つ又は複数の命令の1つ又は複数のシーケンスを実行のためにプロセッサに搬送することに関わり得る。 Accordingly, machine-readable media such as computer-executable code may take many forms, including but not limited to, tangible storage media, carrier wave media, or physical transmission media. Non-volatile storage media include, for example, optical disks or magnetic disks, such as any storage device in any computer that can be used to implement a database or the like shown in the drawings. Volatile storage media include dynamic memory, such as the main memory of such computer platforms. Tangible transmission media include coaxial cables, copper wire, and optical fibers, including the wires that make up the bus in a computer system. Carrier-wave transmission media can take the form of electrical, electromagnetic, acoustic, or light waves, such as those generated during radio frequency (RF) and infrared (IR) data communications. Thus, general forms of computer readable media include, for example, floppy disks, flexible disks, hard disks, magnetic tapes, any other magnetic media, CD-ROM, DVD, or DVD-ROM, any other optical media, Punch card, paper tape, any other physical storage medium with hole pattern, RAM, ROM, PROM, EPROM, flash EPROM, any other memory chip or cartridge, carrier wave carrying data or instructions, such carrier wave Or any other medium from which a computer can read programming code and / or data. Many of these forms of computer readable media may be involved in carrying one or more sequences of one or more instructions to a processor for execution.
実施例1
例では、図15は、既存の視覚システムの環境的問題を解消する安価な触覚及び視覚システムを示す。システムは、タッチセンサを有するスキンを有するグリッパーを有するロボットを含む。システムは、既存の視覚ベースのシステムと比較して、新しい生産工程に対して短いセットアップで較正することができる移動検知入力デバイス(例えば、Kinect視覚システム)を更に含む。ロボットは、自由度6の操作に向けて構成することができる。スキンは、大きな面積を含め、任意のフォームファクタに整形することができる。アルゴリズムは、所与の物体セットでのランドマーク点での位置−向き及び力−トルクを検出する。結果は、高い拡張性を有する(価格、数量、サイズ、及び用途に関して)モジュール式検知システムである。
Example 1
In an example, FIG. 15 shows an inexpensive tactile and visual system that eliminates the environmental problems of existing visual systems. The system includes a robot having a gripper having a skin with a touch sensor. The system further includes a motion sensing input device (eg, a Kinect vision system) that can be calibrated with a short setup for new production processes compared to existing vision-based systems. The robot can be configured for an operation with 6 degrees of freedom. Skins can be shaped to any form factor, including large areas. The algorithm detects position-orientation and force-torque at landmark points for a given set of objects. The result is a modular sensing system that is highly scalable (in terms of price, quantity, size, and application).
引き続き図15を参照すると、物体がコンベアで通過する際、ガイダンス情報及び初期姿勢が、移動検知入力デバイスからロボットに渡される。グリッパーは、スキンを使用して、ピックアンドプレース動作に向けて姿勢を分解する。 Still referring to FIG. 15, when the object passes by the conveyor, the guidance information and the initial posture are passed from the movement detection input device to the robot. The gripper uses skins to break down the posture for pick and place movement.
実施例2
別の例では、図16Aは検知パッド(又はセンサ)のレイアウトを示す。検知パッドは、低導電性ゴム基材と、2つの電極と電気通信する3つの高電導性ゴムワイヤとを含む。ゴムワイヤは、高電導性シリコンエラストマー(例えば、NuSil Silicone Technologyからの)であることができる。基材は、導電性のより低いシリコンエラストマーであることができる。検知パッドは、上が開いた金型として設計され、ハードワックスで製造することができる(例えば、2.54mmピッチで圧延される)。エラストマー電極及びワイヤは、金型に流し込むことができる。より多くの基材を真空注入して、エラストマー検知パッドを完成することができる。標準コネクタを検知パッドに機械的に締め付けることができる。追加の電極及びラインを生成して、図16Bに示される検知パッドを生成することができ、図16Bは16本の電極(より小さな円)を有する検知パッドを示す。各電極は3本のラインを含むことができ、第1のラインは電力用であり、第2のラインはデータ用であり、第3のラインは接地用である。16本の電極は、検知パッドの検知スキンの部分であることができる。
Example 2
In another example, FIG. 16A shows a layout of sensing pads (or sensors). The sensing pad includes a low conductive rubber substrate and three high conductive rubber wires in electrical communication with the two electrodes. The rubber wire can be a highly conductive silicone elastomer (eg, from NuSil Silicone Technology). The substrate can be a less conductive silicone elastomer. The sensing pad is designed as a mold with the top open and can be manufactured with hard wax (eg, rolled at a 2.54 mm pitch). Elastomeric electrodes and wires can be poured into the mold. More substrate can be vacuum injected to complete the elastomer sensing pad. Standard connectors can be mechanically clamped to the sensing pad. Additional electrodes and lines can be created to produce the sensing pad shown in FIG. 16B, which shows a sensing pad with 16 electrodes (smaller circles). Each electrode can include three lines, the first line is for power, the second line is for data, and the third line is for ground. The 16 electrodes can be part of the sensing skin of the sensing pad.
図16Bを参照すると、3つの16チャネルマルチプレクサ(MUX)を使用して、各電極間の電力、データ、及び接地を制御することができる。プリント回路基板(PCB)を使用して、データ信号をフィルタリングし、未処理電圧及び差動電圧に分割することができる。電圧測定値は分圧器を使用して抽出することができる。エクスポートされたデータは15×16行列に分布することができる。所与のデータフレームは、検知電極によって検知される材料の抵抗に基づく14個の電圧測定値(検知電極からの各測定値)を含むことができる。追加の測定値は、接触−スリップを特定するための差動信号の二乗和である。電力及び接地は、測定が残りの14個の電極を用いて行われる際、対向電極位置に割り当てることができる。完全な円が作られ、16個のデータフレームが捕捉されるまで、電力及び接地はセンサの周囲で増分される。各測定フレームが構築されるにつれて、15×1ベクトルを15×16行列に連結することができる。 Referring to FIG. 16B, three 16-channel multiplexers (MUX) can be used to control power, data, and ground between each electrode. A printed circuit board (PCB) can be used to filter the data signal and split it into raw and differential voltages. The voltage measurement can be extracted using a voltage divider. The exported data can be distributed in a 15 × 16 matrix. A given data frame may include 14 voltage measurements (each measurement from the sensing electrode) based on the resistance of the material sensed by the sensing electrode. An additional measurement is the sum of squares of the differential signal to identify contact-slip. Power and ground can be assigned to the counter electrode position when measurements are made using the remaining 14 electrodes. Power and ground are incremented around the sensor until a complete circle is created and 16 data frames are captured. As each measurement frame is constructed, the 15 × 1 vector can be concatenated into a 15 × 16 matrix.
電極は、導電基材全体を通して又は動電基材下に埋め込むことができ、物体測定は、電極によって測定される電圧変化から直接抽出することができる。しかし、電極は周縁に移動させることができ、トモグラフィックアルゴリズムを使用して、検知パッドに接触した物体の圧力分布の像を構築することができる。これを使用して、直接電極測定と比較して、はるかに高密度のテクセル圧力マップを生成することができる。 The electrodes can be embedded throughout the conductive substrate or under the electrokinetic substrate, and object measurements can be extracted directly from the voltage changes measured by the electrodes. However, the electrode can be moved to the periphery and a tomographic algorithm can be used to construct an image of the pressure distribution of the object in contact with the sensing pad. This can be used to generate a much denser texel pressure map compared to direct electrode measurements.
センサの全体エリアにわたる圧力プロファイルを評価するために、電気インピーダンス及び拡散光学トモグラフィ再構築アルゴリズムを使用して、電圧データの各14×16行列をセンサの実際の電極に対応する仮想電極のメッシュにわたる圧力分布に変換することができる。アルゴリズムは、電気インピーダンストモグラフィ及び拡散光学トモグラフィでの像再構築用のソフトウェアスイートの部分であることができる。電極にわたって評価された抵抗(又はインピーダンス)を使用して、センサに隣接する物体の形状を解釈することができる。例えば、小型又は幅狭の物体は、接触点に近い要素の小さな集団のみに対して大きなインピーダンス変化を生じさせることができるセンサのスキンの局所変形を生成することができる。 To evaluate the pressure profile across the entire area of the sensor, electrical impedance and diffuse optical tomography reconstruction algorithms are used to span each 14 × 16 matrix of voltage data across a virtual electrode mesh that corresponds to the actual electrode of the sensor. It can be converted into a pressure distribution. The algorithm can be part of a software suite for image reconstruction in electrical impedance tomography and diffuse optical tomography. The resistance (or impedance) evaluated across the electrodes can be used to interpret the shape of the object adjacent to the sensor. For example, a small or narrow object can produce a local deformation of the sensor skin that can produce large impedance changes for only a small population of elements close to the contact point.
実施例3
別の例では、図17は、弾性成形物1701と、成形物1701の表面上の弾性スキンピン1702とを含むセンサを示す。センサは、条件付き電子装置1703を有するプリント回路基板を更に含む。図の左側の拡大表示は、半球電極の1つを示す。センサは、筐体の表面と接触し、それにより、スキンと直接接触するワイヤの形態の電極も含む。
Example 3
In another example, FIG. 17 shows a sensor that includes an elastic molding 1701 and elastic skin pins 1702 on the surface of the molding 1701. The sensor further includes a printed circuit board having a conditional electronic device 1703. The enlarged display on the left side of the figure shows one of the hemispherical electrodes. The sensor also includes an electrode in the form of a wire that contacts the surface of the housing and thereby directly contacts the skin.
半球電極は、スキンをデバイスの表面等から懸架できるようにし得る。これにより、変形への感度を上げることができ、これには少なくとも2つの効果があり得る。第1に、半球電極のみが弾性成形物1701に直接接触することができ、一方、他の表面電極は容量接触のみすることができる。物体との接触が電極表面の変形及び接触を生じさせる場合、この急激な遷移は、導電性ゴムという抵抗要素が導入されるため、対象電極から読み取られる信号において明らかであることができる。第2に、デバイス筐体に完全に接触すると、エラストマーを歪ませるよりも、2点間に懸架されたエラストマーを湾曲させるために必要な力ははるかに小さくなり得る(すなわち、2つの異なるばね定数があり得る)。 The hemispherical electrode may allow the skin to be suspended from the surface of the device or the like. This can increase the sensitivity to deformation, which can have at least two effects. First, only hemispherical electrodes can be in direct contact with the elastic molding 1701, while the other surface electrodes can only be in capacitive contact. If contact with an object causes deformation and contact of the electrode surface, this abrupt transition can be evident in the signal read from the target electrode because a resistive element called conductive rubber is introduced. Second, full contact with the device housing can require much less force to bend the elastomer suspended between the two points (ie, two different spring constants) than distorting the elastomer. Can be).
実施例4
別の例では、図19A及び図19Bは、物体を掴むために磁力を使用することができるグリッパーを示す。図19Aでは、グリッパー1902は、所望に応じて制御下でオンオフ切り換えられて、物体1904を掴むか、又は解放することができる磁場を発するように構成された磁場源を含む。磁場の強度は、磁場源への電力を制御することによって調整することができる。検知面1906は、グリッパー1902の表面と共形であり、物体1904の特性を検出するか、又は物体1904とグリッパー1902との瞬間関係の側面を特定するために使用することができ、それにより、例えば、物体1904を持ち上げるか、又は移動させる前に取り付けの品質を特定する。検知面1906は、本明細書の他の箇所で開示されるセンサを有することができる。
Example 4
In another example, FIGS. 19A and 19B show a gripper that can use a magnetic force to grip an object. In FIG. 19A, gripper 1902 includes a magnetic field source configured to emit a magnetic field that can be switched on and off under control as desired to grip or release object 1904. The strength of the magnetic field can be adjusted by controlling the power to the magnetic field source. The sensing surface 1906 is conformal with the surface of the gripper 1902 and can be used to detect the characteristics of the object 1904 or to identify aspects of the instantaneous relationship between the object 1904 and the gripper 1902, thereby For example, the quality of the attachment is specified before the object 1904 is lifted or moved. The sensing surface 1906 can have a sensor disclosed elsewhere herein.
図19Bでは、グリッパー1922は、磁場を生成する磁場源を含む。物体1924は強磁性材料を含むことができ、磁場は、力を用いて物体1924をグリッパー1922に引きつける。検知面1926はグリッパー1922と物体1924との間にある。検知面1926は、本明細書の他の箇所で開示されるセンサを有することができる。幾つかの場合、検知面1926は、複数の導電点を組み込んだ検知エラストマーであり、電気特性が測定されて、グリッパー1922に対する物体1924の力及び向きの瞬間的側面を特定する。磁力によって引きつけられる材料は導電性である。例えば、インピーダンス及び電気インピーダンストモグラフィ(EIT)技法を使用する測定を利用することができる。 In FIG. 19B, the gripper 1922 includes a magnetic field source that generates a magnetic field. The object 1924 can include a ferromagnetic material, and the magnetic field uses force to attract the object 1924 to the gripper 1922. Sensing surface 1926 is between gripper 1922 and object 1924. The sensing surface 1926 can have sensors disclosed elsewhere herein. In some cases, sensing surface 1926 is a sensing elastomer that incorporates a plurality of conductive points and electrical properties are measured to identify the instantaneous aspects of the force and orientation of object 1924 relative to gripper 1922. The material attracted by the magnetic force is conductive. For example, measurements using impedance and electrical impedance tomography (EIT) techniques can be utilized.
実施例5
別の例では、図20は、ロボット把持機構の概略表現を示す。把持機構は、物体にAC又はDC電気信号を通すことによって物体の特性を特徴付けるために使用することができる。把持機構は、2つの対向するフィンガ2002及び2004を含む。フィンガ2002には弾性検知面2006が構成され、この弾性検知面2006は本明細書の他の箇所に記載される特徴を有し得る。フィンガ2004には弾性検知面2008が構成され、この弾性検知面2008は本明細書の他の箇所に記載される特徴を有し得る。幾つかの実施形態では、検知面2006及び2008の一方のみが測定に使用され、一方、他の実施形態では、面2006及び2008は両方ともアクティブであり、測定に使用される。一実施形態では、グリッパーフィンガ2002及び2004は、磁力によって閉じられ、磁力は、開く、閉じる、又は物体2010に印加される把持力を変調するように制御することができる。
Example 5
In another example, FIG. 20 shows a schematic representation of a robot gripping mechanism. The gripping mechanism can be used to characterize an object by passing an AC or DC electrical signal through the object. The gripping mechanism includes two opposing fingers 2002 and 2004. Finger 2002 is configured with an elastic sensing surface 2006, which may have features described elsewhere herein. Finger 2004 is configured with an elastic sensing surface 2008, which may have features described elsewhere herein. In some embodiments, only one of sensing surfaces 2006 and 2008 is used for measurement, while in other embodiments both surfaces 2006 and 2008 are active and used for measurement. In one embodiment, the gripper fingers 2002 and 2004 are closed by magnetic force, which can be controlled to open, close, or modulate the gripping force applied to the object 2010.
物体2010は、導電性又は強磁性であってもよく、又はなくてもよい。幾つかの場合、検知面2006及び2008を使用して、物体2010に電気的励起を印加して、物体2010の特性を測定し、物体2010に対する有する把持フィンガ2002及び2004の品質及び特性を特定する。2006及び2008の表面は、フィブリル把持機構で使用される等のメソスケール構造又はマイクロ〜ナノスケール構造でテクスチャ化し得る(例えば、ヤモリの皮膚)。これらの構造が物体に押し当てられると、センサ(2006、2008)間の接触面積は増大することができ、物体を通るDC又はAC電流量が増大することができる。物体の特性は、センサの電極を通る測定電流の増大を調べることによって推測することができる。 The object 2010 may or may not be conductive or ferromagnetic. In some cases, sensing surfaces 2006 and 2008 are used to apply electrical excitation to the object 2010 to measure the properties of the object 2010 and to identify the quality and properties of the gripping fingers 2002 and 2004 that the object 2010 has. . The surfaces of 2006 and 2008 can be textured with mesoscale or micro-to-nanoscale structures such as those used in fibril gripping mechanisms (eg gecko skin). When these structures are pressed against an object, the contact area between the sensors (2006, 2008) can increase and the amount of DC or AC current through the object can increase. The properties of the object can be inferred by examining the increase in measured current through the sensor electrodes.
例えば、物体2010が導電性の場合、上述した様々な測定技法が適用可能である。例えば、一次元、二次元、又は三次元での導電性を測定することができる。これらの測定値は、刺激として直流又は交流の電圧又は電流を使用することができる。物体2010が非導電性の場合、容量性組立体が作成され、この場合、検知パッド2006及び2008は、誘電材料として物体2010を含むコンデンサの2面である。この場合、既知の周波数の交流電圧又は電流が印加され、静電容量測定値が、物体2010及び掴みの品質についての情報をもたらす。 For example, when the object 2010 is conductive, the various measurement techniques described above can be applied. For example, one-dimensional, two-dimensional, or three-dimensional conductivity can be measured. These measurements can use a DC or AC voltage or current as a stimulus. If the object 2010 is non-conductive, a capacitive assembly is created, where the sensing pads 2006 and 2008 are two sides of a capacitor that includes the object 2010 as a dielectric material. In this case, an alternating voltage or current of known frequency is applied and the capacitance measurement provides information about the quality of the object 2010 and the grip.
本開示の方法及びシステムは、様々な設定、そのようなコンピュータ及び産業設定での使用に利用することができる。幾つかの例では、本開示の方法、デバイス、及びシステムは、ヘルスケア(たとえが、手術)、産業設定(例えば、デバイス製造)での使用に利用することができる。例えば、本開示の方法、デバイス、及びシステムは、製紙及びカード用紙製造に利用することができる。 The methods and systems of the present disclosure can be utilized for use in various settings, such computers and industrial settings. In some examples, the methods, devices, and systems of the present disclosure can be utilized for use in healthcare (eg, surgery), industrial settings (eg, device manufacturing). For example, the methods, devices, and systems of the present disclosure can be utilized for papermaking and cardboard manufacture.
本発明の好ましい実施形態を本明細書において示し説明したが、そのような実施形態が単なる例として提供されることが当業者には明らかであろう。本発明が、本明細書内で提供される特定の例によって限定されることは意図されない。本発明は上記明細書を参照して説明されたが、本明細書での実施形態の説明及び例示は、限定の意味で解釈されることは意図されない。ここで、本発明から逸脱せずに、多くの変形、変更、及び置換を当業者は思い付くであろう。さらに、本発明の全ての態様が、様々な条件及び変数に依存する本明細書に記載される特定の図、構成、又は相対比率に限定されないことが理解されるものとする。本明細書に記載される本発明の実施形態への様々な代替が、本発明の実施において利用され得ることを理解されたい。したがって、本発明が任意のそのような代替、変更、変形、又は均等物も包含することが意図される。以下の特許請求の範囲が本発明の範囲を規定し、これらの請求項及びそれらの均等物の範囲内の方法及び構造が特許請求の範囲によって包含されることが意図される。 While preferred embodiments of the present invention have been shown and described herein, it will be apparent to those skilled in the art that such embodiments are provided by way of example only. It is not intended that the present invention be limited by the specific examples provided herein. Although the invention has been described with reference to the above specification, the descriptions and illustrations of the embodiments herein are not intended to be construed in a limiting sense. Many variations, modifications, and substitutions will now occur to those skilled in the art without departing from the invention. Furthermore, it is to be understood that all aspects of the invention are not limited to the specific diagrams, configurations, or relative proportions described herein that depend on various conditions and variables. It should be understood that various alternatives to the embodiments of the invention described herein can be utilized in the practice of the invention. Accordingly, the present invention is intended to embrace any such alternatives, modifications, variations, or equivalents. It is intended that the following claims define the scope of the invention and that methods and structures within the scope of these claims and their equivalents be covered by the claims.
Claims (34)
複数の非金属検知電極を含む少なくとも1つの高分子基材であって、前記非金属検知電極は可撓性であり、前記非金属検知電極は、前記物体又はその近傍に配置される場合、電気インピーダンスの変化を検知するように構成される、少なくとも1つの高分子基材と、
前記複数の検知電極に電気的に結合され、(i)前記非金属検知電極の少なくともサブセットのインピーダンスの変化を示す信号を測定し、(ii)電気インピーダンストモグラフィアルゴリズムを実行して、前記信号から、前記高分子基材に印加される1つ又は複数の力を特定し、(iii)前記1つ又は複数の力に基づいて、前記物体の1つ又は複数の特徴を特定するようにプログラムされるコンピュータプロセッサと
を含む、システム。 A system for manipulating an object and / or detecting the presence of an object,
At least one polymer substrate including a plurality of non-metallic sensing electrodes, wherein the non-metallic sensing electrodes are flexible, and the non-metallic sensing electrodes are electrically At least one polymeric substrate configured to sense a change in impedance;
Electrically coupled to the plurality of sensing electrodes; (i) measuring a signal indicative of a change in impedance of at least a subset of the non-metallic sensing electrodes; and (ii) performing an electrical impedance tomography algorithm; Programmed to identify one or more forces applied to the polymeric substrate, and (iii) to identify one or more features of the object based on the one or more forces A computer processor.
(a)少なくとも1つの高分子基材を含む検知システムを提供するステップであって、前記高分子基材は、可撓性の複数の非金属検知電極を含み、前記非金属検知電極は、前記物体又はその近傍に配置される場合、電気インピーダンスの変化を検知するように構成される、提供するステップと、
(b)前記非金属検知電極の少なくともサブセットのインピーダンスの変化を示す信号を測定するステップであって、前記信号は、前記物体が前記検知システム又はその近傍に配置される場合に測定される、測定するステップと、
(c)前記検知システムに電気的に結合されるコンピュータプロセッサを使用し、電気インピーダンストモグラフィアルゴリズムを実行して、(b)において測定された前記信号から、前記高分子基材に印加される1つ又は複数の力を特定するステップと、
(d)(c)において特定された前記1つ又は複数の力に基づいて、前記物体の1つ又は複数の特徴を特定するステップと
を含む、方法。 A method of manipulating an object and / or detecting the presence of an object,
(A) providing a sensing system comprising at least one polymeric substrate, the polymeric substrate comprising a plurality of flexible non-metallic sensing electrodes, the non-metallic sensing electrodes comprising: Providing, when arranged at or near an object, configured to sense a change in electrical impedance;
(B) measuring a signal indicative of a change in impedance of at least a subset of the non-metallic sensing electrodes, wherein the signal is measured when the object is located at or near the sensing system. And steps to
(C) Using a computer processor that is electrically coupled to the sensing system, performing an electrical impedance tomography algorithm, 1 applied to the polymer substrate from the signal measured in (b) Identifying one or more forces;
(D) identifying one or more features of the object based on the one or more forces identified in (c).
(a)操作部材と、移動入力検知デバイスとを含む操作システムを提供するステップであって、前記操作部材は、物体が前記検知電極又はその近傍に配置される場合、インピーダンスの変化を測定する検知電極を有する少なくとも1つのセンサを含み、前記移動入力検知デバイスは、前記物体の空間構成を特定する、提供するステップと、
(b)前記物体を前記操作システム又はその近傍に移動させるステップと、
(c)前記移動入力検知デバイスを使用して、前記物体から第1のデータセットを収集するステップであって、前記第1のデータセットは前記物体の前記空間構成を示す、第1のデータセットを収集するステップと、
(d)前記センサの前記検知電極を使用して、前記第1のデータセットから特定される境界状況下で第2のデータセットを収集するステップであって、前記第2のデータセットはインピーダンス変化を示す、第2のデータセットを収集するステップと、
(e)前記インピーダンス変化に基づいて、前記物体が前記センサ又はその近傍にあると判断される場合、前記操作部材を使用して、前記物体を操作するステップと
を含む、方法。 A method for detecting and / or manipulating an object comprising:
(A) A step of providing an operation system including an operation member and a movement input detection device, wherein the operation member detects a change in impedance when an object is disposed at or near the detection electrode. Including at least one sensor having electrodes, wherein the mobile input sensing device identifies and provides a spatial configuration of the object;
(B) moving the object to or near the operating system;
(C) collecting a first data set from the object using the mobile input sensing device, wherein the first data set indicates the spatial configuration of the object; Collecting steps,
(D) using the sensing electrode of the sensor to collect a second data set under boundary conditions identified from the first data set, the second data set being an impedance change Collecting a second data set indicative of:
And (e) operating the object using the operating member when it is determined that the object is at or near the sensor based on the impedance change.
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